承压类特种设备无损探伤技术及其运用

王福军

摘要：在乘用车日常的生产检查中，有时整车检查员会发现一些车辆匀速直行时发生跑偏的问题。日常的市场调查中，有时也会得到一些顾客反应这类驾驶经历。本文分析了影响车辆跑偏的可能因素，并对主要影响因素提出控制的建议，希望通过此文能够给开发、生产和质量管理人员提供一些解决跑偏问题的实践经验，对今后处理相关问题带来借鉴或帮助。

关键词：跑偏;匀速

一、引言

跑偏是人们日常的生产、生活中比较容易发现的现象，它一般分为方向盘不对中导致的跑偏、匀速直线行驶跑偏、加速跑偏、制动跑偏等几类。市场调查发现，顾客的抱怨大多为方向盘不对中跑偏和匀速跑偏（图1）。对于方向盘不对中导致的跑偏问题，主要是四轮定位时方向盘没有摆正造成的，人们比较容易理解和维修，这里就不作为讨论的主要内容。而车辆匀速直线行驶跑偏由于涉及因素较多，人们很难控制和理解，学术圈也比较鲜见详细的论述，所以这里将结合实践经验和定性分析，浅谈一下这类跑偏问题的影响要素和机理，以供同行参考。由于需要对研究数据进行保密，所以这里将主要从定性的角度进行说明。

二、匀速跑偏的定义

日常的驾驶中，人们在相对平直的高速公路上匀速行驶时，有时双手放开方向盘一会儿，发现车辆会慢慢向左或向右驶出偏离原来的车道。如果这种偏离原来车道的现象在几秒内就会发生，顾客往往就会抱怨，对于顾客抱怨的这种现象我们称为匀速跑偏。

三、跑偏影响因素分析

车辆跑偏是由于轮胎偏离原来的行驶轨道发生的现象，分析导致轮胎偏离的因素，就可以理解车辆跑偏的原因。从原理上说，跑偏发现的根本原因，是驾驶员放手方向盘后，作用于轮胎上的转动力矩，克服悬架和转向系统的抑制力矩，使车轮发生了轻微的转向。尽管影响跑偏的因素十分复杂，但理论上讲，四轮定位参数的左右差异以及凡是和轮胎直接或间接联接的零部件，如轮胎、轮辋、制动、转向节、驱动轴、转向机、减振器、减振器轴承、悬架弹簧等都可能造成轮胎偏离轨道从而导致车辆跑偏。研究人员经过实践经验证明，四轮定位参数左右差异、轮胎残余转向力、转向摩擦力、减振器轴承摩擦力、悬架弹簧的荷重轴角度等是影响车辆跑偏的主要因素。是各种因素变化对跑偏的影响分析，这里仅对显著因素进行了标注。下面我们就逐个分析一下。

（一）四轮定位左右差

车辆下线的时候都要通过四轮定位仪对车辆的四轮定位参数外倾角（CAMBER ANGLE）、主销后倾角（CASTER ANGLE）进行确认和调整，以保证车辆的直行性能和其它动态性能。如果车辆左右轮外倾角差异（CROSS CAMBER）过大，就会造成车辆左右车轮所受的侧向外倾推力（CAMBER THRUST）不平衡，从而使得车辆表现为受到朝向一个方向侧向合力，车辆就会发生跑偏。研究表明，主销后倾角左右差（CROSS CASTER）对跑偏的影响也是类似的。

实践表明，将四轮定位参数左右差控制在一定范围内，可以有效抑制跑偏的发生。对于有的悬架形式不可调整的定位参数如外倾角、主销倾角，一般只能通过控制车体上悬架相应的安装平面或安装孔精度来间接保证车辆定位参数满足要求。

（二）轮胎残余转向力RCF

轮胎由于结构和制造偏差的原因，其自由滚动时会发生一个侧向横力LFD。如果不对其行驶方向进行干预，轮胎在这个侧向力LFD的作用下就会偏离原来的行驶方向发生跑偏，业界把这个力称为残余转向力RCF。研究表明，轮胎自身RCF可以分解为两部分：胎体结构造成的横向力和制造偏差造成的横向力。如图6所示，胎体结构发生横力多与轮胎外层钢带宽度、排列方向、角度有着密切的关系，这个是轮胎结构设计决定的轮胎天生就有且不可避免的，如图7所示，胎体结构横向力与轮胎滚动方向之间没有一定的依存关系。轮胎制造偏差如左右钢带周长差、上下层钢带中心不一致等会造成轮胎的“锥体效应”产生锥度横力CONICITY，锥度横力的大小是由制造精度决定的，其横力方向与轮胎滚动方向有关但总是指向轮胎锥体的顶端。

轮胎自由跑偏与轮胎自身横力即残余转向力RCF有关，而轮胎RCF又是其设计结构和制造精度决定的。研究表明，抑制车辆匀速跑偏，需要从轮胎结构设计和轮胎制造精度两方面入手加以控制。轮胎结构设计定型后，胎体横力也就确定了，基本上是相对比较稳定的定值。而制造波动产生的锥体横力CONICITY确可以通过提升制造精度的手段加以抑制。尽管如此，要完全消除制造CONICITY则是不可能的。所以在设计初期阶段先对车辆跑偏因素综合分析预测车辆跑偏水平，如果必要，对于轮胎可以通过利用CONICITY正负区分的方式对轮胎进行选别装车，使得左右两侧的轮胎RCF指向相反，从而抵消大部分的横向分力，改善车辆跑偏。

（三）转向摩擦力

转向机构是用来通过齿轮齿条将方向盘的转动转化为车轮转向摆角而實现控制车辆行驶方向的机构，其齿轮齿条之间的接触啮合摩擦，以及齿条与塑胶衬套之间的摩擦往往表现会车辆转向后的回复阻力，摩擦力越大，抵抗车轮转动的能力越强，对跑偏是有利的，但是对复原性和转向手感不利。因此在跑偏设计和制造管理上，通常会将转向摩擦力矩控制在一定的范围内。

（四）减振器轴承摩擦力

车轮通过转向节、减振器、弹簧、减振器轴承、安装支座与车体联接起来，下面的图9可以看出减振器轴承的具体安装位置。当转向带动车轮转向时，车轮会围绕减振器这根“主销”发生旋转，其中减振器轴承的作用是减小这种旋转的摩擦力的作用。轴承的摩擦力如果过大，也会造成车辆转向复原性变差，从而影响车辆直行性能。

（五）弹簧荷重轴角

在大量的跑偏分析验证中，研究人员发现，将不跑偏车辆的弹簧和跑偏车辆的弹簧对调可以改善车辆的跑偏现象。进一步研究发现，弹簧装配后的荷重轴并不与主销中心线重合，而是存在一定的夹角，这个夹角姑且称为荷重轴角。根据牛顿力学矢量原理，这个夹角会使弹簧沿主销与地面的交点产生一个绕主销旋转的力矩。弹簧产生的旋转力矩作用在车轮上就会使车轮有自动转向的趋势。测量发现，不跑偏的车辆弹簧荷重轴角相对跑偏车辆的荷重轴角小，故产生的旋转力矩也相对较小，因而该车辆也较容易保持直行。

通过大量的调查数据分析，研究人员还发现，弹簧的荷重轴角基本与其产生的旋转力矩有线性关系，这为控制旋转力矩提供了很好的方法。

（六）其它影响因素

前面也提到，影响跑偏的因素十分复杂。在现实生活中，除了前面3.1–3.5提到的这些影响因素外，还有其它的一些影响因素，比如路面的粗糙程度、路面相对水平面的角度、侧向横风速度等，这些都是设计者和生产者很难控制的自然因素。这些自然因素虽然不能控制，车辆的设计者和生产者却可以根据顾客在这些因素处于什么水平下能理解这是自然因素造成的车辆跑偏，而不会归咎于车辆本身的问题，这样设计者和生产者就能在一定的自然要素前提条件下设计和生产汽车保证车辆跑偏的性能。

四、对策建议

上面对影响跑偏的因素进行了简单分析说明，实际上跑偏是多因素综合作用的结果，车辆跑偏设计和开发中，应对这些因素进行调查并做出相应的偏差波动管理。日常的实践经验表明，对上述跑偏要素进行管理后，对车辆跑偏的改善有很明显的效果。下图13是跑偏要素波动管理前的跑偏比率推移图例子，图中11月4日减振器轴承由滚珠轴承设变为自润滑摩擦轴承后，由于轴承内部摩擦扭矩大大增加，车辆转向回复性变差，导致跑偏率高达40%，11月10日再次恢复原来的滚珠轴承后，跑偏比率虽然有所下降，但仍然处于高发态势。进一步交叉层别发现，弹簧荷重轴角过大也是导致跑偏的主要原因。次年，在综合导入四轮定位、轮胎CONICITY、转向摩擦力、减振器轴承摩擦力和弹簧荷重轴回转扭矩等跑偏要因波动管理对策后，车辆跑偏基本达到了零化的水平，使得车辆大幅跑偏的现象得到了有效的抑制。各要因部品相应的跑偏参数管理值的大小，需要设计人员和生产品质管理人员一起在试做期间调查明确，这里就不再赘述了。

五、结语

本文从匀速跑偏现象入手，分别简单分析了四轮定位、轮胎RCF、转向摩擦力矩、减振器轴承摩擦力矩和弹簧荷重轴角造成的回转力矩对跑偏的影响，并说明应对这些因素进行充分调查，制定相应的偏差波动管理规格。实践经验证明，对上述因素偏差波动的工程能力进行管理对匀速跑偏问题改善效果十分显著。希望本文能为以后的设計参数制定、生产偏差特性参数管理提供一些相关借鉴经验。

参考文献

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