【技术工艺】宝马四轮定位系统轮胎和路面之间力的传导

2020年06月10日

轮胎和路面之间力的传导

底盘是车辆与道路之间的纽带。动力和驱动力矩都是通过底盘传递到道路上。同样，在转向时必须通过底盘吸收所有侧向力。

底盘承受大量不同的作用力和力矩。因此必须保证，能够通过轮胎支承面积最佳地传递这些力和力矩。

【轮胎支承面积】

轮胎支承面积是静止的车轮在车路面上压住的面积。

【轮胎印迹】

轮胎印迹是一个轮胎在运行时的有效支承面。它表示车轮与路面接触面，并在干扰力（侧向力、制动力和加速力）和路面特性的影响下变形。

通过轮胎印迹描述轮胎在行驶模式下接触的车道面积。

这些车轮与路面的动态接触面的总和表示车道与车辆之间的直接连接环节。全部加速力（仅驱动桥）、减速力和侧向力通过这个产生的总面积传输。

因为轮胎和车道之间在轮胎支承面积上的动力传递通过摩擦实现，就存在不允许超过的附着极限。附着极限由车道/轮胎摩擦副和车轮支承力决定。摩擦（粘附）越高且车轮支承力（车轮负荷）越大，附着极限就越高。

【车轮接地点】

车轮接地点是一条通过转动轴的垂直线和车道表面在车轮中心面上的交点。

由于车轮在作用力下的变形，车轮接地点可能与轮胎印迹的几何中心不重合。

【车轮中心面】

车轮中心面在轮胎中部垂直切割车轮旋转轴。

转向

【转向轴】

转向轴（红色）是转向车轮绕其转向的实际轴。它在车轮悬架装置的上部回转点和下部回转点的连接线上。上部回转点由结构决定在减震支柱止推轴承的中点。下部回转点在横向摆臂的外部球形万向节中。

由于车轮悬架装置的运动特性，这些轴在转向角变化时能够自动移动。

对此指出双横臂减震支柱前桥的特点。起作用的下部回转点是下部转向控制臂的作用延长线的交点。该点不能静态确定，而是与相应的最大转向角有关。

【转向梯形】

当轮胎支承面积在车道上滚动（附着摩擦）而非移动（滑动摩擦）时，才能保证轮胎和车道之间力的传递最佳。橡胶覆盖在车道上的移动不再允许任何动力传递。当起作用的轮胎支承面积上仅仅单个面积区域由于干扰力（例如侧向力/制动力）而移动时，对传递能力的影响已经存在。

在转向时一个车桥的车轮经过不同的路程。当两个车轮的回转强度相同时，这两个车轮的任一个都不能在其车道上滚动。每个车轮都受另一个车轮影响，并被产生的侧向力逼离其车道。车轮在车道上磨损。这会提高轮胎磨损并影响行驶安全性。如果车轮要无滑动地滚动，则弯道内侧的车轮回转必须比弯道外侧的车轮大。

前桥、转向拉杆臂和转向横拉杆共同构成转向梯形。这个几何形状使车轮转向偏差角，即弯道内侧和外侧车轮的不同的回转成为可能。

车轮转向偏差角由弯道内侧车轮和弯道外侧车轮之间的转弯角度偏差产生。

δ=β-α

【侧偏角】

侧偏角是车轮平面与行驶方向（车轮的运动方向）构成的夹角。如果侧向力（例如风力、离心力）作用于滚动的车辆，则车轮改变其行驶方向；它们与原来的行驶方向成侧偏角倾斜运转。

如果前部与后部侧偏角相同，则产生一个中性的行驶性能。如果前部侧偏角较大，则产生不足转向，如果后部则偏角较大，则产生过度转向。

侧偏角取决于：

车轮负荷
侧向力
轮胎结构
轮胎花纹
轮胎充气压力
静摩擦系数

【与转向有关的专门概念】

车辆在转向时的行驶性能也被称为自转向特性。这种行驶性能主要受侧向力与前桥和后桥上的车轮负荷的比例变化影响。侧向力随着离心力的增大而增大。

中性性能

由于侧向力引起的侧偏角在前桥和后桥上一样大。中性转向性能能够最佳利用侧向力，并因此达到最大的转弯极限速度。但也会降低对车辆稳定性的主观感觉。此外，车辆的侧滑也无法计算，因为既可能通过后桥侧滑，也可能通过前桥侧滑。

不足转向

前桥上侧向力与车轮负荷的比例大于后桥上侧向力与车轮负荷的比例。车辆行驶的转弯半径大于最大转向角对应的转弯半径。并通过前桥转向弯道外侧。在设计底盘时常常选择这种行驶性能，因为在车辆侧滑时可在一段可计算的直线线路上恢复。如果在极限情况下车辆开始通过前桥侧滑并且最大转向角减小，则车辆在一段直线线路上重新恢复。BMW底盘被设计成具有轻微不足转向的行驶性能。