关于车辆四轮定位参数介绍分析

描述

我们每天在开的汽车,底盘并不像普通的玩具车、四驱模型车、玩具遥控车那么简单地将四个轮平行安放且完全垂直于地面,而是为了各种目的把车轮设计成在各个方向按一定的轻微的角度来安放。四轮定位到底是和悬挂系统的哪些参数有关?下面由小编为您一一介绍。

车辆底盘的四轮定位参数虽然每时每刻都服务于驾驶员,但要跟普通车主扯上关系,可能是在车辆行驶较多里程后需要做四轮定位之时。而对于改装爱好者而言,了解四轮定位参数是相当有必要的一门必修课,因为牵一发而动全身的汽车底盘会在车主改动某一部件后发生一定程度的连锁反应。

下面我们来看悬挂系统的四个重要参数:

1倾角(Camber)

我们从车辆的正前方或正后方向车辆望去,车轮并不一定是完全垂直于地面的,而是与地面形成一定的微小夹角,这个就是车轮的倾角(Camber),一般来说不容易察觉,除非用心去观察。

由正前(后)方望去,两车轮呈正八字形(也叫外八)的,是负倾角的设定;两轮完全垂直地面的是0倾角;呈倒八字形(也叫内八)的,为正倾角。

一般的前置前驱(FF)车,前轮会呈0倾角或轻微的正倾角,后轮会呈一定程度的负倾角。在负重的情况下,前轮由于倾角增益,会形成0度倾角的直线行走理想状态。在0度倾角的状态下,轮胎与地面的接触面积达到最大,加速和刹车性能也最优。而前置前驱车型后轮的负重较轻,同时不负责驱动车子,刹车的负担也相对轻上不少,呈一定程度的负倾角设定可以增大弯中的轮胎接地面积,增强过弯稳定性,而负倾角带来的内侧偏磨的程度相当轻微。

转到高性能的后轮驱动或四驱车型,可以明显地看到四个车轮都呈一定程度的负倾角,目的相当明显,也是为了增加激烈操控时的接地面和稳定性。原厂有这种较大负倾角设定的车子,必非善类。

汽车在直进时接近0底倾角,在转弯时呈负倾角帮助过弯的话,是比较理想的。所以在汽车悬挂有倾角增益(Camber Gain)这一特殊设计。意思就是车轮受到压力后并不是完全的垂直向上运动,而是越向上运动,负倾角会越大。

在世界顶尖的一级方程式赛车上,前轮为了应对快速激烈的弯道,呈明显的负倾角设定,而后轮因为是驱动轮,倾角并不明显。而且,赛车倾角设定的大小跟赛道弯道的类型、弯道所占的比例都有关系。

2前束角(Toe)

当你在汽车的正上方向下俯视汽车,四个轮子也并不是想当然地完全平行向前安放的,而是两前轮之间或两后轮之间以一定的轻微的夹角排列。但这个夹角十分十分微小,肉眼基本无法分辩。束角的功用在于补偿轮胎因外倾角及路面阻力所导致向内或向外滚动的趋势,确保车子的直进性,并避免轮胎耗不均。

两车轮之间前方的距离比后方的距离小的束角设定,叫内束角(Toe In)。Toe即脚尖、脚趾,可以形象地比喻为人的内八字脚。

反之,两车轮之间前方的距离比后方的距离大的束角设定,叫外束角(Toe Out),类似于人的外八字脚。

汽车轮胎

外束角因为两边的轮子都是有外跑的趋势,所以当两侧轮胎抓地力不平均时更容易产生跑偏。而内束角则因为有指向中间的趋势,因为直线行驶时更不易跑偏。由于汽车的后轮一般不负责转向,所以在后轮的束角设定上偏向于使用内束角来提高直线行驶及刹车时的稳定性。

负责转向的前轮,束角的变化较多,需要根据倾角设定的参数和驾驶需求等做出相应的设定。因为转弯时,左右轮胎的转弯半径不一样,Toe in会提升直线行驶的稳定性,同时也会有转向不足的倾向;Toe out则会造成转向过度,使得车子更倾向于入弯。当更换了避震器、短弹簧等部件降低车身,令车轮倾角发生变化后,需要调整束角与倾角相配合,提高直进稳定性及避免轮胎耗不均。增加负的外倾角需配合增加Toe out,增加正的外倾角则需配合增加Toe in。在改装过程中可适当增加Toe in或Toe out来调整车子的操控特性。适当的Toe in有助在湿滑路面情况下车头不过于灵敏,也有利有出弯加速的转向表现。

有趣的是,以往在人们思维中固定的底盘参数设定,在被一些新技术打破。一些汽车厂商在某些新车型上应用了后轮主动可变束角的设计,也被称为后轮随动转向系统。如凯迪拉克CT6和讴歌TLX。下面简单介绍一下讴歌TLX的PAWS四轮精准转向系统。

ACURA TLX的PAWS四轮精准转向系统(Precision All-Wheel Steer),在驾驶过程中能对左右后轮束角的主动独立控制。

1)在中低速行驶转弯时,两后轮向方向盘的指向相反方向偏转,前后轮像连成一条圆弧,达到减少转向半径和提到高速弯中的稳定性的目的。这样的束角小幅度调整可使车子在市区内的动作更灵活,同时车子在高速弯中的转向特性摆脱了前驱车一贯的推头表现,实现更接近中性的转向,提升弯道稳定性和操控极限。

2)在高速路行驶时打方向的话,后轮会向方向盘指向同方向偏转,这就像四轮手推车一样的转向机制,车子更像向左右平移、滑移的感觉。

3)在高速行驶和高速制动时,后轮的束角为更大幅度左右对称的Toe in,以提高高速及刹车时的直进性和稳定性。

3主销内倾(Kingpin Inclination)

主销,也叫大王销,是传统汽车上转向轮在转向时的回转中心轴线,传统上是一条较粗的销轴,但在现代独立悬挂的汽车上已经没有这一元件,我们仍然把这条虚拟的转向轮回转中心轴线称之为主销,在四轮定位时仍需要用到主销这一概念。一般麦弗逊悬挂的主销是指塔顶到下球头的连线,双摇臂悬挂是上球头和下球头的连线。

主销内侧指的是在正车子的正前方或正后方望去,并不是完全垂直于地面,而是呈正八字形(负倾角)的设计,主销内倾角度一般针对转向轮而言。

由于主销内倾角的存在,转向轮在转向时围绕主销旋转,使得车轮接地面比直进时更往下,车子因反作用而被上抬顶起,当转向力释放时,转向轮会因车子的自身重力的作用,产生一个辅助车轮回正的力。

主销中心线与与地面的交点跟车轮中心线与地面的交点之间的距离,称为主销偏距(Scrub Radius)或主销偏移。如果主销中心线与地面的交点比轮胎中心线的交点靠外,称为负偏距;主销中心线的交点比轮胎中心线的交点靠内,稳为正偏距;如果两交点重点,则为0偏距。

汽车轮胎

一般负的主销偏距能增加刹车时的稳定性和减轻打方向盘的力度,原厂街车一般都会使用负偏距的设定。而在一些性能车和赛车上则会使用正偏距来增加路感和操控反应,同时能加大回正力度。

在改装了比较小ET值或J值比较大的轮毂之后(有关轮毂ET值和J值的概念,请参考本专栏前文),会直接影响主销偏距,同时导致轮距增加,车辆滚动中心也会产生变化。偏距变化太大会出现许多不良影响,例如在改装中很热的改装超小ET值、超大J值轮毂、加垫片增加轮距玩低趴HF风,会导致主销偏距严重增加,会产生在转向时车轮前后摆动幅度过大、刹车不稳、方向盘打手和转向时缺失抓地力(湿滑路面上加严重)等现像。

此时可通过单独调节车轮的倾角(使用偏心螺丝)或直接调节主销内倾角度来改善。调节主销内倾角度,麦弗逊悬挂可使用鱼眼塔顶或可调下摆臂来实现,双摇臂使用可调上摇臂,但这些方法都同时改变了车轮的倾角,如果想在不改变车轮倾角的情况下调整主销内倾,就需要用到改装羊角或加长下摆臂。

过大的主销内倾也带来不少的负面影响。因主销内倾转向时会减少车轮内倾角,从而降低了转向时的抓地力。这时候就需要使用更大的主销后倾来抵消。一般而言主销后倾会比主销内倾角更大,用以增加转向时车轮的内倾角度。

4主销后倾(Kingpin Caster)

主销后倾指定的是从车子的正侧面看过去,主销也不是完全垂直于地面,而是主销顶部往车辆的后方倾斜。主销后倾的作用是让车轮的接地点位于主销虚拟轴线与地面的交点之后,使得车轮在行驶时产生一个被往后拉的力,从而令车轮的方向产生一个自我修正的趋势。一般主销后倾的角度越大,产生方向修正力矩就会越大。

综合主销内倾和主销后倾的修正作用,就能很好地解释了为什么我们在跑调头弯的时候,两手放开方向盘,方向盘会迅速自动回正。现在大家明白主销内倾和主销后倾存在的意义了吧?

主销后倾同时也会对转向时转向轮的倾角和相对上下运动产生影响。主销后倾会令转向时内侧转向轮增大正倾角,而外侧车轮会增大负倾角,根据上文可知,更大的外侧车轮负倾角有利于在弯中形成更理想的轮胎咬地角度。但另一方面,主销后倾在转向时会令弯中外侧车轮相对车身发生上抬的悬挂压缩过程,内侧车轮产生相对车身发生下移的悬挂拉伸运动,,这会导致车身在弯中的侧倾现象加剧,带来更大的重心转移和更大的外侧轮胎受力。当方向打得越多,侧倾程度越大。

汽车轮胎

对于前驱车而言,由于前轮是驱动轮,过大的主销后倾角度会增大扭力转向的现象,所以一般前驱车主销后倾的角度比后驱车要小。而在后驱上,更大的主销后倾能增强前轮的指向稳定性和方向的自我修正力度。一般前驱车和四驱车型会将主销后倾角度设定在3-4度来提升转向反应和减轻扭力转向现象;一般后驱车型会设定在4-10度以提升直线行驶稳定性。而在后驱漂移车和拉力赛车上,会设定更大的主销后倾来提升方向自我修正的速度和力度。

调节主销后倾,在麦弗逊车型上我们可以使用同时可调内倾角和后倾角的鱼眼塔顶来实现;在双摇臂车型上侧可通过使用可调节下摇臂或下摇臂后倾可调拉杆来实现。

(可同时调节Camber和Caster的鱼眼塔顶)

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