作为底盘工程师 ‘车轮外倾’,这不是陌生概念,而且解释起来也很容 易。 车轮纵向平面与地面垂线之间的夹角a,就是所谓的外倾角 Cambe r. 而外倾有正负之分,图示状态为负的外倾,相反,如果上大下小,则为正的外倾。
概念虽然很简单,但这不是我 们今天讨论的重点,因为我们在设计中所定义的Camber都是在一个特定位置的值,但车轮的位置却是随时变化的。
随着车轮的上下跳动,外倾的变化时是什么趋势,为什么要设计成这样?这才是我们今天的重点。
当前的设计,通常Camber 随着车轮的向上跳动,其负值倾向加剧,如上图所示。 今天我们就来分析讨论一下,为什么要这么设计,老规矩,看图说话。
1. 轮距的变化,我们以双横臂悬架为例,进行解释。 如下图所示,如果车轮跳动时保持外倾不变(平行跳动),就是平行跳动,实现这种轨迹并不困难,只要悬架摆臂符合平行四边形原则即可。
上下摆臂的摆动类似画圆弧。 很自然的,相同轮胎上下跳动量。 摆臂越短,引起的轮距变化越大。 而我们所追求的是轮胎跳动不要引起轮距变化。 但这里摆臂又不可能做到无限制的长,所以靠摆臂的长度来改变保持轮距有一定局限性。
如果我们换一个方法,将摆臂设计成不等长,且不平行结构,如下图所示。
上臂短而下臂长,在上跳过程中,上点向内走的更多,所以车轮整体呈现负外倾趋势,同时由于负外倾的影响,轮胎下边缘将会向外移动,这反而补偿了跳时,车轮向内移动引起的轮距收缩。 所以第一个作用,负外倾趋势可以抵消车轮轮距的变化,而这一变化的实现是依靠悬架摆臂的位置、尺寸设计来实现的。
2. 车轮接地质量的变化,上面讨论是没有车身侧倾参与的轮胎平行跳动,比如过减速带的工况。 实际上,车辆弯道内,由于离心力的作用,车身发生了侧倾,此时外侧的车轮也相当于上跳,而内侧的车轮相当于下跳。 在这时候车轮外倾变化的影响就更大了。
如下图所示,如果上下摆臂等长的平行四边形结构。 车轮侧倾角度将与车身一直,轮胎与地面之间的夹角(正外倾)导致轮胎-地面之间的压力分布更加不均,同样的,由于轮胎下边缘向内的滑动,还会导致轮距的变化。
不等长摆臂非平行结构的设计,则是另外一种结果。
不等长设计带来的负外倾变化趋势,在车身侧倾时(弯道),由于车轮负外倾的趋势,可以补偿整车侧倾带来的车轮外倾变化,结果就是车轮与地面的夹角并没有发生多大变化,同样的附着压力分布质量也没有太大变化,同时轮距的变化也被很好的补偿了。
3. 抵抗侧向力,其实对于侧向力的抵抗能力来说,负的车轮外倾比正的外倾要强,这一点非常的明确了,类似的应用比如下图中的拔河。
反应到车轮上,则是负外倾能抵抗的侧向力更大
所以我们也能看到一些改装车为了后轮更好的抓地力,甚至将外倾设置到了一个夸张的地步,也就是所谓的‘爆龟’轮毂在加宽轮距的同时,还要调整车轮定位参数,让它具有非常夸张的一个外倾值。
通过分析,我们知道了,车轮的负外倾运动趋势可以带来三个好处,1补偿轮距变化,2抵抗车身侧倾变化,3更好的抵抗侧向力。
以上的结论都是定性的结论,当真正到了工程设计当中,我们还将以来多体动力学模型,进行一轮又一轮的模型优化来最终确定出悬架各部件的硬点(铰接点)。
但对于一般乘用车,我们完全没有必要将轮胎外倾设定在一个夸张的数值,因为过大的外倾对轮胎磨损、轴承载荷等等都会带来不利的影响,所以我们一般看到的乘用车静态情况下,我们几乎看不出它有外倾的存在。
来源:IND4汽车人