整车跑偏原理和问题解决

石 磊

（上海通用汽车有限公司，中国 上海 201206）

专题研究

整车跑偏原理和问题解决

石 磊

（上海通用汽车有限公司，中国 上海 201206）

影响整车跑偏的因素主要有: 轮胎性能、整车四轮定位、转向助力不平衡及路面倾斜程度等。赛欧跑偏主要原因是整车四轮定位前轮主销后倾差超过标准。为改善整车行驶向右跑偏的趋势，需要调整前轮主销后倾差（左侧-右侧）处于负值0.3度左右。为实现前轮主销后倾调整目的，设计和改善主销后倾调整装配工装，最终满足了装配工艺和整车四轮定位调整的要求，改善了赛欧跑偏性能，降低了客户的抱怨，攻关小组因此获得了上汽集团2002年技术创新一等奖。

四轮定位；轮胎锥度 Conicity；轮胎残余回正力矩PRAT；轮胎滚动半径RPK

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-07-05

1、研究背景

1.1 车辆跑偏定义Vehicle Pull

跑偏:车辆匀速直线行驶中向左或右偏离的现象。

1.2 跑偏测量标准

1.2.1 标准1：全球跑偏标准，车速匀速100km/h手握方向盘，保持车辆直线行驶时，施加在方向盘上扭力测量标准<=0.5Nm，测量工具：KEMKRAFT。

1.2.2 标准2：直线行驶80米，车速80km/h或者100km/h，偏离中心距离<1m.

1.3 跑偏按发生的时机分为行驶跑偏和制动跑偏

制动跑偏主要是由于制动系统故障引起的。行驶跑偏按其表现形式分为偶发性跑偏、固定跑偏；按跑偏方向分定向跑偏和不定向跑偏。JD POWER各品牌车辆对跑偏问题评价是对整车感知质量重要评价指标。

2、车辆跑偏原理及影响因素

车辆特性造成跑偏影响主要因素分为：

2.1 四轮定位影响

2.1.1 前束

2.1.2 外倾

2.1.3 主销后倾

2.1.4 主销内倾角不等

2.1.5 推力角

2.2 轮胎特性

2.2.1 轮胎锥度Conicity

2.2.2 残余回正力矩PRAT

2.2.3 轮胎周长RPK

2.2.4 轮胎胎压

2.3 转向助力不平衡

2.4 外部因素

2.4.1 路面倾斜程度

中国车辆靠右行驶，正常情况下，左侧车轮会高于右侧车轮，产生的侧向分力使车辆向右跑偏

2.4.2 左右侧行驶阻力不一致

2.5 造成跑偏其他影响因素还有

2.5.1 侧滑，多数由轮胎引起

2.5.2 刹车不对称、打滑，制动鼓与制动片间隙调整不均匀。

2.5.3 悬挂零件磨损，变形，失调。例如：转向节变形

2.5.4左右侧轴距不一致，行驶方向将偏向轴距较小的一侧。

2.5.5 轮毂轴承磨损，出现间隙，产生松旷，或者前轮轮毂轴承松紧度不一致。

2.5.6左右前轮悬架弹簧变形差异较大

2.5.7载荷分布不均，车身高度左右不一致

引起跑偏问题的因素可能受以上一个因素或者几个综合因素共同影响,寻找主要影响因素是一个复杂的分析过程.以下是详细阐述影响跑偏的主要因素.

3、四轮定位

3.1 四轮定位定义

为了汽车稳定行驶、转向轻便，必须用悬挂系统保证车身、车轮与地面之间有一定的相互关系，为了确保这三者之间应该具有的一定相互位置关系，称之为“四轮定位”。

3.2 四轮定位作用

·减少轮胎磨损

·保持直行时转向盘正直，维持直线行车

·转向后转向盘自动归正

·减少燃烧消耗

·减低悬挂部件耗损

·补偿车轮定位中的间隙

·减少车轮抖动的倾向

当车辆使用较长时间，用户发现方向转向沉重、发抖、方向盘不正，轮胎单边磨损、波状磨损、块状磨损、偏磨等不正常磨损，以及用户驾驶发现整车跑偏，车感漂浮、颠簸、摇摆等现象时，就应该进行车轮四轮定位的检查和调整。

3.3 影响跑偏的四轮定位包括以下几个因素

3.3.1 前束角（Toe）

3.3.1.1 前束角的定义

从车辆的前方看，于两轮轴高度相同处测量左右轮胎中心线之间的距离，车轮前端距离与后端距离的差值称为前束角。前端距离大于后端距离为负前束，反之为正前束。相等为零前束。

3.3.1.2 前束作用

前束设计是为了补偿轮胎转离正常位置的偏差，是为了消除车轮外倾造成的不良后果。如果前束调整不正确，轮胎将转向不足或者转向过度，轮胎将不再直线行驶，进而引起轮胎羽状或锯齿状磨损。

（1）防止外倾引起的外束化

（2）预防行驶阻力产生的外束化

3.3.1.3 症状判断

正前束太大造成：

◆ 轮胎外侧快速磨损

（1）对子午胎，会有类似正外倾角太大所形成的磨损形态。

（2）磨损形式为锯齿状或羽状。

（3）当用手由轮胎之内侧向外侧抚摸，胎纹内缘有锐利的感觉。

◆ 转向不稳定

（1）直行性差。

（2）车轮发抖。

负前束太大造成：

◆ 轮胎内侧快速磨损

（1）对子午胎，会有类似负外倾角太大所形成的磨损形态。

（2）磨损形式为锯齿状或块状。

（3）当用手由轮胎之外侧向内侧抚摸、胎纹内缘有锐利的感觉。

◆ 转向不稳定

（1）直行性差。

（2）车轮发抖。

3.3.2 外倾

3.3.2.1 车轮外倾角定义

轮胎的上沿偏向车辆内侧（朝向引擎，负外倾角）或外侧（偏离引擎，正外倾角）的角度。

外倾说明：车轮外倾指从车辆正前方观察时，车轮偏离垂直方向的角度。当车轮顶部向外倾斜时，车轮外倾为正(+)。当车轮顶部向内倾斜时，车轮外倾为负(-)。倾斜程度以偏离垂直方向的角度来衡量。

3.3.2.2 外倾功能

调整车辆负载作用于轮胎的中心，消除跑偏，减少轮胎磨损。

（1）减轻方向盘的操作力

（2）减轻转轴上的负担

（3）预防车轮脱落

外倾角不正确：

正外倾角太大的影响：

（1）轮胎外侧单边磨损；

（2）悬挂系统零件磨损加速；

（3）车辆会朝着正外倾角较大的一侧跑偏。

负外倾角太大的影响：

（1）轮胎里侧单边磨损

（2）悬挂系统零件磨损加速

3.3.2.3 外倾对跑偏的影响

前轮外倾影响：车轮单侧外倾过大，会导致轮胎单侧异常磨损，而前轮总外倾（左外倾-右外倾）过大，直接会导致车辆向外倾大的一侧跑偏

案例：左前轮外倾角设定为1.0º，右前轮外倾角设定为0.5º,车辆向左跑偏。(左右轮外倾角相差0.5º,车辆就出现跑偏。)

3.3.3 主销后倾

3.3.3.1 主销后倾角定义

上球头或支柱顶端与下球头的连线（转向时，车轮围绕其进行转向运动的转向轴）向前或向后倾斜的角度。向前倾斜称为负主销后倾角，向后倾斜称为正主销后倾角。

3.3.3.2 功能

影响转向稳定性及转向后方向盘自动回正能力。

（1）通过后倾角提供恢复力，恢复车辆直线行驶状态；

（2）通过主销纵倾移距提供恢复力。

3.3.3.3 注销后倾对跑偏影响

（1）主销后倾角太小造成不稳定：

转向后缺乏方向盘自动回正能力；车速高时发飘（车辆在高速公路上行使时应对此项予以充分重视）。

（2）主销后倾角不对称造成跑偏：

左右两轮之主销后倾角不相等超过30’（0.5º）时车辆出现跑偏。跑偏方向朝向主销后倾角较小的一侧。

例如：左前轮主销后倾角设定为+0.50，右前轮主销后倾角设定为+1.50，则这辆车向左跑偏。

3.3.4 退缩角（Setback）

3.3.4.1 定义

退缩角表示前后车轴的平行度，前后轴完全平行，称为零退缩角，低于30’没有明显异常。

退缩角形成的原因：

（1）造厂（特别的设计，主要是为了抵消路拱的影响）

（2）撞击

3.3.4.2 退缩角对跑偏影响

退缩角事实上反映了车辆轴距的变化。退缩角达到某种程度，车辆将出现跑偏、跑偏方向朝向轴距较小一侧。

3.3.5 主销内倾角

3.3.5.1 定义

从汽车的前方观察主销轴，其上部倾向于车辆的内侧，与和路面的铅直线形成的夹角。

主销内倾角既有自动回正作用，又有转向轻便作用。会导致地面切向反力对主销的力矩不一致。

3.3.5.2 作用

（1）减轻方向盘操作力

（2）减轻车辆行驶和制动时的冲力

（3）对方向盘具有恢复力

3.3.5.3主销内倾角对跑偏影响

对于后轮驱动车辆，前轮切向力向后，有促使向主销内倾角较小的一边跑偏的倾向。对于前轮驱动的车辆，驱动力向前，有促使向主销内倾角较大一边跑偏的倾向。

前轮驱动车辆，受到制动力作用，切向力方向向后，汽车向主销内倾角较小的一边跑偏。

3.4 四轮定位测量方法

测试设备有二种：

（1）FORI四轮定位测量设备，100%测量

（2）Hunter四轮定位测量设备，抽检设备

3.5 四轮定位影响因素

3.5.1 车身定位尺寸

3.5.1.1 副车架安装定位孔

3.5.1.2 后桥安装定位孔

3.5.1.3 前后避震孔

3.5.2 副车架底盘安装工装

3.5.3 底盘零件

3.5.3.1 轮胎尺寸和气压

3.5.3.2 副车架尺寸或四轮定位预调数据

3.5.3.3 后桥尺寸或四轮定位预调数据

3.5.3.4 避震器尺寸和避震器弹簧刚度

3.5.4 整车重量分布(内饰高度)

4、轮胎性能

4.1 轮胎锥度 Conicity

4.1.1 定义：轮胎制造时因尺寸的差异产生轮胎似锥体状,造成车辆向一边作用的横向力，产生车辆跑偏，跑偏方向沿左右轮胎横向力总和方向。

4.1.2 轮胎锥度管理

4.1.2.1 轮胎锥度方向管理

轮胎锥度通过出厂前设备自动检测确定锥度方向，并在轮胎侧边打点，装配左右轮胎时，保证轮胎打点方向向外侧，从而左右锥度产生的横向力互相抵消。

4.1.2.2 轮胎锥度分级管理

轮胎在制造过程中由于工艺波动造成Conicity数据差异较大，针对前轮对Conicity敏感性强的特点，对轮胎锥度进行分级，Conicity数据较小的轮胎装配在前轮，有效降低跑偏可能。

4.2 PRAT

4.2.1 PRAT定义:

PRAT全称: plysteer residual aligning torque残余回正力矩

4.2.2 PRAT由轮胎设计时决定, 由轮胎花纹和带束层角度及帘线角度而产生PRAT, 造成设计时已经决定的横向力矩. 它能用来帮助取消驾驶中由于其他原因诸如公路边坡等产生的转矩

4.2.3 PRAT是轮胎设计的残余回正力矩，如果所有方案均无法改进跑偏趋势，可以通过改变轮胎的设计结构，改善PRAT，但需要重新做相关的工程试验。

4.3 轮胎滚动半径RPK

4.3.1 轮胎制造时因轮胎左右周长尺寸的差异，造成车辆向一边作用的横向力，车辆发生跑偏，车辆向轮胎滚动半径尺寸较小的方向跑偏。

4.3.2 针对RPK的改善：某车型轮胎设置专用硫化机PCI管线生产，改善后在测试的一批轮胎结果，轮胎RPK控制情况良好，极差基本控制在+/-1mm内。

4.4 轮胎气压

左右前轮的气压差异将直接影响车辆跑偏，车辆将会朝方向气压低的方向跑偏。

5、跑偏综合问题解决

5.1 四轮定位改进

5.1.1 前轮外倾改进.

某型号车辆有向右行驶跑偏问题，左右前轮外倾差大于0.5度，并右轮外倾偏大，通过调节前避震与转向节装配工装，降低右外倾的数值，提高左外倾数据, 使前轮外倾差接近0，有效降低跑偏趋势。

避震安装孔单个孔的间隙最大可达到0.25mm，那么对总的外倾影响的理论值约为0.5Deg左右。可以通过制作避震与转向节装配工装，调节避震与转向节相对角度α，从而达到调节外倾差的目的。

5.1.2 车身安装孔改进

某车型售后有向左跑偏趋势，四轮定位测量结果左右外倾差在+0.5至0范围内，通过对车身前轮罩避震孔调整，及副车架安装孔调整，使总外倾控制在+0.2～-0.5范围内，有效改进了向左跑偏的趋势。售后IPTV明显下降。

以下是某车型通过调整车身孔位使总外倾最终控制在+0.2～-0.5范围内。

5.2 轮胎改进

跑偏故障的定位前工作：如果车辆症状是车辆跑偏，则在定位前应首先确定此种跑偏是否由侧滑引起。具体的方法为：

如果是真空胎（子午胎），将前轮左右两车轮进行互换对调，然后试车。如果车轮左右对调后跑偏方向朝向对调前的相反方向，可以确定前轮侧滑是影响因素之一。解决的办法有两个：

办法一：四车轮全面对调，直至找到消除跑偏的组合；

办法二：将前轴两车轮中任一车轮的轮胎拆下，翻面（180 º）后再装上。轮胎翻面后大多数情况下可以大幅度降低侧滑引起的跑偏。如果效果不明显则建议更换新轮胎。

某车型有向右行驶跑偏的趋势，经过左右轮胎互换，跑偏趋势有改善或者向相反方向跑偏。测量左右Conicity数据，发现前轮Conicity过大，需要加强对前轮Conicity分级控制。

5.2.1 轮胎锥度方向控制

将原锥度方向同向控制，更改为锥度方向相向控制。

5.2.2 轮胎锥度分级控制

原前轮Conicity分级控制0～5kgf标准，加严控制0～2.5kgf标准。

后轮控制2.5～5.5kgf标准内。

以下是某车型通过控制Conicity方向和提高分级控制方法有效控制了跑偏趋势：

5.3 动力转向机性能

5.3.1 液压动力转向机控制左右方向助力的性能要求必须对称，否则车辆行驶将向助力较大的方向跑偏。

5.3.1.1 油液脏污、转向控制阀回位弹簧变软，不能及时回位。

5.3.1.2 转向控制阀阀芯偏离中间位置造成左右助力不对称，或者阀芯与阀体台肩的间隙大小不一致，正常滑阀在中间位置间隙0.1～0.2mm。

5.3.1.3 流量控制阀卡滞，使动力缸左右腔压力不一致。

5.3.1.4 转向控制阀扭力杆弯曲，由于工作状态承受较高的背压，致使扭力杆承受较高的扭转力而变形，使阀套与控制阀不能处于中间位置。

5.3.2 电子转向助力器也需要控制左右移动力对称性能，有些电子转向机能够根据整车跑偏趋势进行自动调节，将跑偏趋势通过电子转向助力器性能进行纠偏，保持直线行驶状态。

6、结论

解决跑偏问题步骤：

6.1 确定轮胎影响因素

6.1.1 检查轮胎气压和型号

6.1.2 左右轮胎互换和轮胎翻面，大多数跑偏问题得到解决和改善

6.1.3 可以通过锥度方向相向控制和提高前轮轮胎分级精度降低轮胎的影响

6.2 确定底盘零件间隙和变形

6.2.1 检查左右前轮轴承调整间隙是否一致, 检查方法用手摸制动鼓和轮毂轴承部位是否过热，若温度较高，说明轮毂轴承单边过紧，跑偏方向往轴承过紧的一侧。

6.2.2 检查四轮悬架弹簧、转向节、稳定杆和前摆臂等底盘零件是否变形和断裂。

6.2.3 测量左右轴距是否相等。

6.3 车体倾斜

如以上检查均正常, 下一步应对四轮定位进行检查和调整。

6.4 四轮定位影响

6.4.1 前轮主销后倾角左右不对称，偏差超过0.5º。车辆朝主销后倾角小的一侧跑偏。

6.4.2 前轮外倾角左右不对称，偏差超过0.5º。车辆朝前轮外倾角正值最大的一侧跑偏。

6.4.3 后轮外倾角左右不对称，偏差超过0.5º。车辆朝后轮外倾角最小的一侧跑偏。

6.4.4 根据前后轴的退缩角可以观察到车辆轴距的变化。前后退缩角之和超过0.2º,就会出现可感觉到的跑偏，跑偏朝向轴距小的一侧。

6.4.5 消除四轮定位影响，可以通过改善底盘零件的装配工装和零件尺寸，以及车身装配孔位尺寸，使四轮定位数据向有利于跑偏改善的方向调整。

6.5 转向机影响

6.5.1 检查横拉杆球头配合磨损情况

6.5.2 左右横拉杆尺寸调整一致性

6.5.3 转向液清洁度情况

以上确定无异常，更换转向机测量转向性能特性

6.6 如果以上解决方案仍然无法解决跑偏趋势，可以通过改进轮胎的设计，改进PRAT残余回正力矩，此参数是设计初期根据整车综合表现加以试验确定的，如果需要改进，需要做相关的试验，改进周期较长。

Vehicle deviation principles and problem solving

Shi Lei
（Shanghai General Motors Co., Ltd., China Shanghai 201206）

The main factors affecting vehicle deviation mainly include: tyre performance、vehicle wheel alignment、steering power imbalance and inclination degree of road surface.The main reason for sail deviation is that the difference of front wheel Kingpin Caster is out of spec. In order to improve the right-deviation trend, front wheel Kingpin Caster difference(left-right) needs to be adjusted around -0.3 degree. In order to achieve Kingpin Caster improvement, the assembling tooling was designed and improved. Finally, the requirement of assembling process and vehicle alignment adjustment was achieved. Sail deviation performance was improved whereas the customer complaint decreased. Therefore, the task force was awarded with the first prize of SAIC 2002 technology innovation.

wheel alignment; tire conicity; tire residual self-aligning torque PRAT; tire rolling perimeter RPK

U463.3

A

1671-7988(2014)11-07-05

石磊，就职于上海通用汽车有限公司。