车轮定位参数包括车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角与车轮前束角,同时主销延长线与地面的交点和轮胎接地面的中心距离定义了拖距和磨胎半径。这些参数决定了悬架控制臂外点的位置和车轮的初始位置,改变悬架系统的运动特性,从而对赛车的操纵稳定性产生很大影响。
通过这些参数可以确定赛车硬点,理清其中的关系有助于加速悬架硬点的选取设计,加速悬架的设计过程。
车轮外倾角(Camber)是车轮中心平面与垂直线在车辆横向平面内的夹角,如图3-3所示,α角为车轮外倾角,此车轮外倾角为正。外倾角的存在是为了弥补重型汽车满载时车桥变形引起的车轮内倾,同时还可以让车轮与拱形路面配合。但是,赛车和现代高速汽车的车轮外倾角全部为负值,主要是为了弥补高速过弯时离心力引起的车轮外倾。静态车轮外倾角的取值通常为-3°~0°,FSAE赛车一般采取垫片的形式调整车轮外倾角,从而在不同的工况下获得最佳的车轮外倾角。在直线加速赛中,可以减小驱动轮的内倾角,增加轮胎的纵向抓地力。
主销后倾角(Castor)是主销与竖直线在车辆纵向平面内的夹角,如图3-4所示,γ角为主销后倾角,此主销后倾角为正。在不等长双横臂中,没有实体的主销,通常将上下横臂外节点的连线称为虚拟主销。主销后倾角可以产生回正力矩,过小的主销后倾角会使车辆的直线行驶不稳定,过大则会导致转向所需的力过大,在赛车上一般取值为0°~4°。主销后倾角的存在会使赛车转向时的外侧车轮得到更多的负外倾,这一特性会弥补转向时的离心力引起的车轮外倾。
图3-3 车轮外倾角和主销内倾角(正视图)
图3-4 主销后倾角和拖距(侧视图)(www.xing528.com)
拖距(Trail)是在车辆纵向平面内的主销延长线与地面的交点到轮胎与地面接触面中心的距离,如图3-4所示,a、b之间的距离即拖距,此拖距为正。由于轮胎在滚动中产生弹性形变的阻尼特性,其与地面的接触面也会发生变化,在向前运动的过程中,通常该接触面的几何中心会前移,导致车轮拖距减小,从而导致转向回正力矩减小。这也是车辆在静止状态下转向力会比在一定速度下转向时大的原因之一。
主销内倾角(Kingpin Inclination,KPI)是主销与竖直线在汽车横向平面内的夹角,如图3-3中角度β所示,此主销内倾角为正。由于车轮绕主销旋转会抬起车身,故主销内倾角可以利用赛车自身的重力产生回正力矩,若主销内倾角取值过大,同样会引起转向变沉,一般取值在3°~7°内。主销内倾角会使赛车在转向时两侧车轮均产生正的车轮外倾角。就转向时对车轮外倾角的影响而言,一般会选择小一些的主销内倾角、大一些的主销后倾角。
磨胎半径(Scrub Radius)是在车辆横向平面内的主销延长线与地面的交点到轮胎与地面接触面中心的距离,也称为主销偏置距,如图3-5中长度c所示,此磨胎半径为正。磨胎半径可以看成表征主销内倾角回正效应的一个参数,过大会使转向过于沉重,一般取10~30 mm。磨胎半径越大,轮胎与地面接触产生的牵引力或制动力产生的绕主销旋转的转矩会越大,理想情况是左右轮的转矩会相互抵消,但当左右牵引力或制动力不等或制造工艺误差造成左右轮外形参数不严格相等时,会产生一个总的转向力矩,直接反馈到方向盘上,导致左右转向时的回正力矩不同。
束角(Toe)是车轮平面与车身前进方向之间的夹角,如图3-6中ψ角所示,此前束角为正。赛车的前束角通常为负值,呈外“八”字形。首先,因为车轮内倾时滚动类似滚锥,有向内滚的趋势,增加负前束可以减小轮胎的滑动;再者,增加负前束可增加入弯的灵敏性。车辆进行阿克曼转向(即纯滚动转向)时,外侧车轮转角小于内侧车轮转角。前轮呈外“八”字形时,方向盘小角度转动可以自然形成阿克曼转向,减小轮胎滑动导致轮胎提供的侧向力降低和磨损增加。与前轮相反,赛车后轮通常呈内“八”字形,以弥补转向不足的特性。车轮前束角过大会导致直线行驶不稳定,其取值的绝对值通常在0°~0.5°。
图3-5 主销内倾角和磨胎半径(正视图)
图3-6 车轮前束角(俯视图)
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