汽车轮胎外倾角对操纵稳定性的重要性

车轮安装在悬架上，其旋转平面向外侧倾斜，称为车轮正外倾；如果旋转平面向内侧倾斜，称为负外倾。车轮旋转平面与纵向垂直平面之间的夹角γ叫做车轮外倾角（如图4-48a、4-49所示）。

图4-48 载荷对车轮侧倾的影响示意图

a）无载时车轮呈外倾 b）满载时车轮呈内倾

车轮外倾角的预设出于以下考虑：

考虑到当汽车有载荷时，悬架等部位间隙的消除，车桥因受载而产生略微下弯，这些因素将使车轮形成一定的内倾（如图4-48b所示）；如果预设一定的外倾角，正好使车轮趋于垂直地面，以保证汽车直行的需要。如果前轮没有预设外倾角，可能会在行驶中产生内倾，因此带来两方面的不良后果：车轮有向内侧滚动倾向，轮胎因此产生滑移而多磨损，方向操纵也变得沉重些；路面对车轮的垂直反力将在沿轮毂轴线方向产生一个向外侧的分力，这个分力压向外端的小轴承，增加了小轴承和固紧螺母的载荷，甚至造成固紧螺母脱落。

图4-49 左前轮外倾角

考虑到路面有一定的拱曲度（出于排水的需要），为了使车轮垂直于路面，车轮必须具有适当的外倾来与拱形路面相配合，以增大轮胎与路面间的接触面。但现代道路的排水设施良好，路面可以做得平坦；另外，子午线轮胎的扁平程度越来越高，也需要平整的路面来与之相配合才能充分发挥其优越。因此，车轮预设外倾角的传统“路拱”因素已显得不那么重要。(www.xing528.com)

考虑到现代轿车行驶速度的提高，车轮外倾角对汽车操纵稳定性显得更加重要。预设适量的前轮正外倾会给汽车具有小量的不足转向特性，不足转向有利于行驶的稳定。

但行驶中的车轮外倾角随时都可能发生变化，因而改变了原来静态下所预设的角度。影响动态外倾角的因素很多，在选择静态外倾角时很难面面兼顾，只能主次有别地根据汽车对性能的不同要求来综合考虑。轮胎的结构、悬架的形式、车速的要求等都是选择静态外倾角的重要因素。

车轮外倾角的变化会影响汽车转向特性。在汽车转向中，在离心惯性力的作用下，所预设的外倾角会发生变化：内侧车轮与地接触面趋于增大，外倾角变小；而外侧车轮则相反，接触面减小，外倾角变大（即预设外倾角与即时侧偏角的叠加）。另则，载荷向外侧车轮转移。通过以上外倾角变化与载荷变化二因素的综合分析得出：由于轿车质心一般都偏于前轴，汽车侧倾时，左、右前轮载荷的差异会较大，左、右前轮产生的侧偏角的差异也较大。因此，前轮的平均侧偏角大于后轮的平均侧偏角（即α₁＞α₂），这会起着增强汽车不足转向的作用。

车轮外倾角的选择与轮胎结构和车速密切相关。由于现代子午线轮胎各方面的技术越来越先进，轮胎“扁平”程度越来越高。与地接触面大，附着力大是子午线轮胎优点之一。因此，期望车轮在任何运动状态下都能保持以零外倾或者接近零外倾与地接触，是发挥子午线轮胎优越性的理想条件，也是选择车轮外倾角的主导思路。对于车速要求不很高的轿车来说，采用零外倾角或接近于零外倾角比较适合。因为车轮在转弯时因速度不高而产生的外倾很小，车轮近乎垂直于路面；即使车轮产生些少外倾，也正好使受力较大的外侧前轮与略微拱曲的路面相贴合。但对于弯道性能要求高的轿车，采用负外倾角比较适合。所谓弯道性能主要是指快速转弯时汽车的抗侧滑能力和方向循迹能力。汽车快速转弯时，会产生强大的离心惯性力，致使车轮产生较大的外倾，但由于子午线轮胎胎面层刚度大变形小，近乎保持平面状，于是在跟随侧倾时与路面形成一微小的离地角（如图4-50所示）。其结果是轮胎与地接触面减小、外侧胎肩负荷过重。这不仅使侧向附着力大大减小，降低了汽车的极限加速度，使弯道性能不降；而且造成轮胎的严重偏磨，显示不出子午线轮胎的优越性。如果给车轮预设适当的负外倾角，便可在上述情况下使车轮接近垂直于路面，使上述的不良现象得以消除或者大大地改善。因此，对于高速轿车特别是采用超宽断面子午线轮胎的跑车、赛车，为了使转弯时承受大部分前侧向力的外侧前车轮尽可能垂直于路面，应该采用负外倾角（即车轮在静态时呈一定的内倾），这样才能充分发挥子午线轮胎的长处，更有利于汽车的操纵稳定性。

图4-50 外侧前车轮侧倾时形成的离地角

汽车在侧向力作用的情况下，悬架的侧倾角刚度、悬架质量、非悬架质量以及质心位置等参数会通过车轮外倾角（侧偏角）的变化来影响汽车前、后轴左、右车轮垂直载荷的变动量。如果前轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；如果后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减小不足转向量。在车轮跳动过程中，车轮外倾角随独立悬架的运动而发生变化。外倾角的变化规律也影响着汽车的转向特性。有资料认为：车轮上跳时应该呈负外倾，而回弹时应该呈正外倾，这样才可以克服车身发生侧倾时外侧车轮相对于车身往上移而造成外倾角过分增大的不利影响。但是在实用中，有的独立悬架在车轮跳动过程中所反映出来的外倾角变化规律却与上述要求的相反。例如，不等长的双横臂独立悬架使车轮上跳时变为正外倾，回弹时变为负外倾（见图4-49）。所以，对于独立悬架的轿车，有的采用车轮负外倾角是有道理的。