轮胎的锥度和残留转弯力对汽车直线跑偏的影响

邵明峰

摘 要：轮胎作为汽车行驶时影响其行驶状况的重要部件之一，因为与路面直接接触，对汽车的行驶性能具有极大的影响。这种影响是通过轮胎锥度和残留转弯力作用于汽车而产生的。文章对轮胎锥度和残留转弯力的产生原因进行了分析和探索，并探讨了降低汽车直线跑偏几率的可能性。

关键词：轮胎；锥度；残留转弯力；直线跑偏

中图分类号：U463.341 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0075-02

当汽车在平直的道路上保持直线行驶时，驾驶员双手离开方向盘后车辆无法继续保持直线行驶，汽车自行偏向某侧的行驶状态，则被称之为直线跑偏。存在直线跑偏问题的汽车，驾驶员只有按照一定方向操纵方向盘，方能保持直线驾驶。跑偏有可能引发多种后果，啃胎或轮胎报废尚且在人们的接受范围之内，但严重跑偏的情况容易导致车辆失控等重大事故。

1 概述汽车直线跑偏现象

在车辆工程中，对于直线跑偏的定义，是指汽车前后轴的中心连线与其行驶轨迹的中心线存在差异因而使其偏离既定方向的现象。

造成汽车直线跑偏的因素有很多，排除其他因素之后，轮胎作为与路面直接接触的重要部件，对其行驶性能影响最大。轮胎不但在为汽车提供驱动力、制动力和缓冲力方面具有最重要的作用，其性能的好坏还直接影响到整个汽车的行驶状态。

一方面轮胎的充气状态、磨损度能对汽车的行驶状态构成影响，另一方面轮胎自身的品质和性能也对汽车的行驶性能构成巨大影响。

本文主要针对轮胎的锥度与残留转弯力对汽车直线跑偏的影响，做出了如下探讨。

2 锥度效应

2.1 锥度效应概述

当汽车轮胎进行直线自由运动时，负荷半径固定，速度恒定的情况下，每转一周其侧向力平均值被称作侧向力偏移。所谓锥度效应，指的是不由轮胎旋转方向的变化却引发了侧向力偏移的力学效果。

简单来说，当轮胎在运行的整个过程中，锥形侧向力Fk始终伴随并产生作用，Fk作用于轮胎会令其偏离原本的直线方向，新胎也会存在这种问题。

2.2 锥度效应产生原因

因为工艺环境的差别，轮胎始终存在均匀性波动的情况，这里的均匀性包括几何尺寸的均匀性、质量的的均匀性、刚度的均匀性以及力的的均匀性，锥度效应因此而产生。

轮胎与地面直接接触，胎肩两侧会作用于路面上的压力是不同的，在此过程中轮胎断面呈现圆锥形变化趋势，由此产生锥形侧向力Fk。

2.2.1 制造因素所导致的轮胎刚度的不均匀性

现代轮胎制造工艺能够将橡胶、帘布、钢丝等材料通过多种工艺流程制作成为轮胎，这些复杂的橡胶制品却无法保证所有的轮胎具有一致的特性，误差和缺陷无法避免，因此致使轮胎的胎肩刚性呈现出不均匀性。这种因素导致的轮胎刚度不均匀，会使轮胎的断面呈现不对称的特征。

2.2.2 制造因素所导致的轮胎两侧胎肩厚度不一致

在制造轮胎的过程中，工艺的局限性促使轮胎两侧的胎肩厚度不一致，因此造成轮胎断面形状的不对称，在轮胎进行直线运行时，就产生了锥形侧向力Fk，轮胎的截面结构图如图1所示。

2.3 锥度效应对汽车直线跑偏的影响

当汽车的轮胎产生锥度效应，意味着轮胎的断面呈现圆锥形过程中，其外倾角等于0而引发了车轮外倾现象。轮胎保持某种速度进行直线运动时，锥形侧向力Fk作用于车轮使其向某侧偏摆，假设一辆车的左前轮与右前轮的锥形侧向力分别是5 kgf与4.9 kgf，侧向力的方向都向左，那么该车的的锥形侧向力Fk值为9.9 kgf，跑偏的方向为左。假设该车的左前轮与右前轮存在相反的锥型侧向力，两者的锥形侧向力都是5 kgf，那么该车的锥形侧向力Fk值是零，引起跑偏的可能性也为零。因此，当一辆车两个前轮具有方向一致的锥形侧向力时，该车直线跑偏的可能性较大，反之，该车跑偏的可能性很小。一旦锥形侧向力Fk超过定值，汽车跑偏就无可避免。此时，驾驶员能够在控制方向盘时感受到锥形侧向力Fk，必须不断校正方向盘，按照一个方向行驶，才能保持汽车始终在直线行驶。

2.4 控制锥度效应的措施

要控制锥度效应，减少其对于汽车直线跑偏的影响，有以下几点措施可以尝试。

2.4.1 严格控制轮胎的锥度值

不论使用哪种工艺制造轮胎，轮胎的锥度效应都无法消除，但我们能够通过严格的标准明确锥度值，以此达到降低锥度效应。目前，根据我国的轮胎制作相关标准，建议轮胎达到这样的标准：

外直径≤648 mm对应锥度—CON—≤5 kgf；

外直径≥648 hm对应锥度—CON—≤6 kgf。

2.4.2 子午线轮胎工艺控制

通过控制子午线轮胎的三角胶、胎侧胶、胎冠胶以及密封层，严格把握带束层的质量、断面形状以及胎胚的宽度，能够在一定程度上将轮胎的锥度值保持在有效范围内。要掌握好胎冠胶的挤出工艺，喷涂对称线，保证带束层的宽度符合标准要求，对于带束层的帘线角度、宽度也要进行严格把关，还应注意帘线角度的偏差不能超过既定范围。在胎胚硫化的过程中，要使胎冠胶的接头朝向固定位置，并将带束层中心固定到位，确保轮胎在成型时尽可能均匀。

2.4.3 测试轮胎的锥度侧向力，调整装配策略

通过提高标准和加严生产工艺的方法，会增大制造成本，为了在现行的标准下，降低锥形侧向力对车辆直行性能的影响，部分汽车制造商在进行生产控制时，采用了轮胎分组标示并装配的方法，即在轮胎的锥度效应力标准范围内，确认每个轮胎的锥形侧向力的大小和方向，将具有相反侧向力，且力值大小相近的轮胎进行分组标示，在生产线上保证将同一组的轮胎安装在同一轴上，这样，同一轴两侧的轮胎锥形侧向力方向相反、大小相近，则形成的锥形侧向力合力趋近于0，达到了抵消锥形侧向力的目的。以国内某家一线制造商为例，对轮胎实施以下的分组策略，收到了良好的效果，见表1。

3 残留转弯力

3.1 残留转弯力的概念

当汽车靠右行驶在拱形的路面上时，车辆事实上感受到的是左高右低的行驶状态，该车会产生向后推的横力，并作用于汽车使其向右侧跑偏。当轮胎需要对抗倾斜的路面所产生的横力时，其自身结构会产生向左推的力。这就是说，当汽车在这种倾斜的路面上行驶时，驾驶员松开手后，轮胎依然会产生向左推的力，也就是残留转弯力，以此来对抗因路面倾斜而造成的自然横力。

3.2 残留转弯力产生原因

以子午线轮胎为例，其残留转弯力是因为钢丝带束层的特性所引发的。在安装有子午线轮胎的汽车行驶过程中，轮胎因为其功能差异存在角度不同的钢丝束带，钢丝束带的朝向决定了该车会向右还是向左运行。对于左舵车来说，子午线轮胎的钢丝束带下侧部分的朝向是右，产生的残留侧向反力的方向是左，以此能够对抗倾斜路面向右推的横力；对于右舵车来说，轮胎钢丝束带下侧部分的朝向是左，产生的残留侧向反力是右，能够对抗倾斜路面向右左的横力。

3.3 控制残留转弯力的具体措施

残留转弯力作为轮胎本身的动态特性之一，只能够通过严格控制标准来实现有效控制。根据我国当前的相关规定，轮胎的残留侧向反力无法明确标准，只能够依据经验来确定范围值。比较适合汽车现实驾驶情况的标准值是：左舵车的轮胎残留转弯力保持在—60±20 N的范围内；右舵车的轮胎残留转弯力保持在+60±20 N的范围内。

4 结 语

轮胎因为其制作工艺的不同，在质量和刚性上具有不均匀性，其产生的锥度效应也大不同。又因为轮胎残留转弯力的影响，使得汽车在平台路面和倾斜路面上会出现直线跑偏的情况。要解决汽车跑偏的现象有赖于提高轮胎本身的性能，并在制作工艺中降低锥度值，严格控制残留转弯力，才能最大限度地降低汽车的跑偏率。

参考文献：

[1] 段晓静.轮胎的锥度和残留转弯力对汽车直线跑偏的影响[A].第十届河南省汽车工程科学技术研讨会论文集[C].2013.

[2] 杨章晖.从轮胎锥度效应解决车辆行驶跑偏问题的探讨[J].企业导报，2011，（11）.

[3] 丁炳成.无内胎子午线轮胎影响轿车直线行驶跑偏的原因及解决措施[A].第十届全国轮胎技术研讨会论文集[C].1998.

[4] 孔亮.轮胎结构不对称性对车辆直线行驶稳定性的影响分析和对策研究[D].重庆：重庆理工大学，2014.