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汽車四輪定位儀

汽車的四輪定位

四輪定位即四只輪胎定位,四輪定位角度是存在於懸掛系統和各活動機件之間的相對角度,保持正確的四輪定位角度可確保車輛的直線行進性和操作控制性,改善車輛的轉向性能,並確保轉向系統的自動回正性能,避免各車輪軸承受力不當而過早損壞和失去精度。更可確保各輪胎與地面保持正確而緊密的接合面,減少輪胎不正當磨損(偏磨或吃胎等),確保車輛在轉彎時的可操作性和行駛穩定性。因此,四只輪胎定位角度的準確性,會直接影響到輪胎的磨損狀況及汽車行駛時的轉向操縱性和穩定性。

壹、四輪定位的內容及意義

汽車四輪定位的主要內容包括:(前、後輪)外傾角(Camber),(主銷)內傾角(K.P.I.),(主銷)後傾角(Castor),(前、後輪)前束角(Toe),現在還包括轉向時的前展(Toe-out on Turn)等。其具體內容及意義分述如下:

1.外傾角(Camber)

外傾角為由車前方看輪胎中心線與垂直線所成的角度,向外為正,向內為負。其角度的不同能改變輪胎與地面的接觸點及施力點,直接影響輪胎的抓地力及磨損狀況。並改變了整車重量在車軸上的受力分布,避免各車輪軸承產生異常磨損。此外,外傾角的存在可用來抵消車身荷重後,懸掛系統機件變形及活動面間隙所產生的角度變化。外傾角的存在也會影響車輛的行進方向,這正如摩托車可利用傾斜車身來轉彎,因此左右輪的外傾角必須相等,在力的平衡下不致影想車子的直線行進性,再與前束角(Toe)配合,提高直線行進穩定性及避免輪胎磨損不均勻。增加負的外傾角需配合增加Toe-out;增加正的外傾角則需配合增加Toe-in。

2.內傾角(K.P.I.)

內傾角為轉向軸(或主銷)中心線與垂直線所成的角度。有了內傾角可使車的重量平均分布在軸承之上,保護軸承不易受損,並使轉向力平均,轉向輕盈。反之,若內傾角為0,則車重和地面的反作用力會在車軸上產生很大的橫向切應力,容易使車軸受損,轉向也會變得非常沈重。此外,內傾角也是前輪轉向後回正力的來源。內傾角在車輛懸掛設計之初就已設定好,通常只有轉向軸的轉向輪才有,是不可調整的。

3.後傾角(Caster)

後傾角為由車側看轉向軸(或主銷)中心線與垂直線所成的夾角,向前為負,向後為正。後傾角的存在可使轉向軸線與路面的交會點在輪胎接地點的前方,可利用路面對輪胎的阻力讓車子保持直線行進,其原理就如購物推車的前輪會自動轉至妳施力的方向並保持直線行進壹樣。後傾角越大車子的直線行進性能就越好,轉向後方向盤的回復性能也就越好,但卻會使轉向變得沈重。壹般汽車的後傾角大約在1~2度之間。

4.前束角(Toe)

前束角(有時也叫前束值),前束角為由上方看左右兩個輪胎的中心線所成的夾角,向內為Toe-in,向外為Toe-out(其前束值為左右兩輪胎的中心在輪胎高度的1/2處後邊的尺寸減前邊的尺寸所得的差值)。前束角的功用在於補償輪胎因外傾角及路面阻力所導致向內或向外滾動的趨勢,確保汽車的直線行進性。Toe-in會造成轉向不足,Toe-out則會增大轉向過度的趨勢。    

5.轉向時前展(Toe-out on Turn)

轉向時前展為轉向時兩前輪轉向角度之差。過彎時彎內輪所轉的角度通常大於彎外輪,相差在2度左右,其目的是在過彎時使車輛能以後軸延伸線的瞬時中心為圓心順利過彎。此外當彎內輪轉角較大時,阻力也較大,阻力的不同可使車輛偏向阻力大的壹方使轉向容易(請想像坦克車的轉彎方式)。

Off-set

Off-set為輪圈的接合面(Mounting Surface)和輪輞中心(Center of Rim)的距離,往外側方向的為正(Positive Offset),往輪輞內側的為負(Negative Offset)。改變輪輞的Off-set會改變車子的輪距,而輪距是指輪胎中心線間的距離,因此若只是單純的加大輪輞和輪胎而不改變Off-set,對輪距並不造成影響。

改變Off-set的影響

若改用正的Off-set值較小的輪輞會將輪距加寬,如此可減少過彎時車身重心的轉移,提高車輛的過彎速度極限。但相對的也因為加大了轉向軸中心與輪胎中心的距離,使得轉向變得困難且使轉向機構負荷加重,造成方向機連桿的變形量加大,因此必須適度的增加Toe-in來修正。不過這都是不正常的方式,所以應該盡可能使前輪的Off-set接近原來的Off-set值。 對後輪來說,改用較大的輪輞時,若不改變Off-set常會遇到輪胎內側碰到懸掛機構的問題,因此在不會磨到輪拱的情況下,使用正Off-set值較小的輪輞倒是有好處的。但需註意的是對後輪為獨立懸掛的車來說,如此的改變在加速及剎車時會加大後輪Toe的變化量,這對壹般街車尚無影響,但對賽車來說卻是個大問題。 我們以BMW的5系列(E34)為例來看看加大輪輞時Off-set應如何改變。起初原廠提供的鐵輪輞為15*7J、Off-set 47,鋁輪輞則為15*6J、Off-set 36;改用17吋鋁輪輞時,原廠提供的是17*7.5J、Off-set 35,Racing-Dydamic提供的是前輪17*8.5J、Off-set 18,後輪17*9J、Off-set 13,HARTGE提供的是前輪17*8.5J、後輪17*9J,Off-set則皆為18。 改變Off-set也會影響軸承的負荷,壹般的車輛Off-set的設計都是以直行時最低的軸承負荷為目標,使用正Off-set值較小的輪輞雖會稍微增大車子直行時軸承的負荷(Off-set變化在50mm以內都不必過分憂慮軸承負荷的問題),但卻可使過彎時的負荷減低。

二、如何選擇四輪定位店家

隨著懸掛系統的演進由最基本的麥花臣、拖曳臂、雙A臂,到三連桿、四連桿、五連桿、復合連桿;連桿越多、結構越復雜,相對的對於四輪定位角度的要求也就越高,因此會出現某種車型指定的四輪定位儀器, 四輪定位儀器並非用來調整、改變定位角度,他只是用來量測定位角度供技師參考,技師以儀器所量測出的角度和原廠所定的角度比較,若超出設計容許範圍則進行調整或更換部份機件,以求回復原設計角度。所以當妳在選擇四輪定位店家時,必須記得定位儀器的優劣固然重要,但調整定位角度的“人”更是重要,經驗和技術兼備的技師配合先進的儀器才是最佳的選擇。

三、常見的定位問題

在日常的行車中如何去判斷底盤、懸掛的異常,並判斷其發生的原因,我想是大家最想知道的,在此就提出幾個典型的問題供大家參考。 直進性不良:行駛時偏左或偏右,或是行駛時方向並不偏斜,但方向盤不正,這通常是典型的定位問題,但輪胎磨耗不均或左右輪用了不同型式的輪胎也會影響車子的直進性。直進性不佳的問題中較惱人的大概要算是直行時方向盤會隨著路面時而為正、時而產生小角度的偏差,方向盤總是無法‘安定’的保持不動,其中最可能的原因就是左右輪後傾角(Caster)有所偏差,造成左右輪回復力的不同,在兩力不平衡的情況下自然會受路面的影響。 方向盤的抖動:方向盤的抖動除了因傳動軸磨損所造成外(FF車),絕大部分是因為輪胎及的問題所導致的。胎壓太高或變形都會造成全車的抖動,輪胎的真圓度不佳及平衡度不準確,更是造成方向盤抖動的主要原因。 此外剎車碟盤不平造成剎車時的抖動,及左右輪剎車力不均等造成剎車時行進方向的偏斜都不是四輪定位能為妳解決的。

四、四輪定位Q&A

1.四輪定位需要多久做壹次?

根據使用情況,底盤及定位最好每半年檢查壹次,若有角度已超出基準容許值,就應及時調整或更換部份零件來使其回復正確的角度。

什麽時候需要四輪定位?四輪定位並不是必須固定的,壹般當有下述6種情況之壹者,應該進行四輪定位。

①.直行時需要緊握方向盤,否則汽車會跑偏(即偏向行駛)

偏向行駛其原因很多:a、車身高度左右不相等,左右輪胎氣壓不相等;b、左右輪胎尺寸或花紋不相同,輪胎變形或不良;c、主銷後傾角左右不相等,主銷內傾角左右不相等;d、推力角太大;e、轉向系統卡位、制動片卡位等。

②.輪胎出現異常磨損,如輪胎塊狀、單側磨損或出現凹凸狀、羽毛狀磨損

a、輪胎塊狀磨損:其原因壹般為車輪靜態不平衡,後輪前束不良

b、輪胎單側磨損:其原因壹般為外傾不良

c、輪胎羽狀磨損:其原因壹般為前束不良

d、凹凸波狀磨損:其原因壹般為車輪動態不平衡,後輪前束不良

③.轉向時方向盤太重、太輕以及快速行駛時方向盤發抖。

④.車輛更換輪胎、車輛轉向節,以及減震器等懸掛系統配件後。

⑤.車輛發生碰撞事故後。

⑥.當車輛行駛3000公裏或行駛1萬公裏後。

2.常見的定位問題有哪些?

最常見的定位問題就是因常時間震動造成的Camber及Toe角度的誤差,以及行經凸起路面及窟窿所造成Caster的變化。

3.如何察覺定位角度的異常?

壹般說來會發覺定位異常而求助的車主,約有60%是因為直行性不良,方向盤角度偏壹邊,其次是因為方向盤抖動的,還有就是行駛壹段時間後發現輪胎磨損不均勻。

4.加大尺寸(Inch-Up),Off-set改變時定位角度是否要配合做修正?

加大尺寸時應盡量使用與原始尺寸相同Off-set,以確保底盤能保持原有的性能。但目前市場上的產品因受限於廠商所提供的的產品形式有限,及美觀上的考慮,所以妳換時對方都會建議妳換上正Off-set值較小,只要相差不大而且不會磨到輪拱,則只需將Toe-in稍微增加即可。

5.改用短彈簧降低車身時,是否會改變定位角度,又該如何修正?

改用短彈簧後車身降低,對懸掛系統機件來說其幾何變化就如同車身載重後車身降低的變化壹般,所以除非降低的幅度很大,否則如壹般改裝用彈簧將車身降低3~4公分並不須要修正定位角度。

總之,四輪定位角度的準確性,它會直接影響到輪胎的磨損狀況及汽車行駛時的轉向操縱性和穩定性。

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