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        前驅(qū)車型扭矩轉(zhuǎn)向優(yōu)化

        2018-06-13 03:01:34王凱杜文明王森丁常偉于陽(yáng)葉明
        時(shí)代汽車 2018年11期
        關(guān)鍵詞:三段式半軸扭矩

        王凱 杜文明 王森 丁常偉 于陽(yáng) 葉明

        眾泰汽車工程研究院 浙江省杭州市 310018

        1 引言

        扭矩轉(zhuǎn)向是指車輛急加速時(shí)出現(xiàn)的加速跑偏現(xiàn)象。

        伴隨著汽車動(dòng)力性的進(jìn)步,大馬力前驅(qū)車日漸普及。加上消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的駕駛樂(lè)趣需求,扭矩轉(zhuǎn)向問(wèn)題越來(lái)越凸顯。因此,提前規(guī)避和有效解決扭矩轉(zhuǎn)向迫在眉睫。

        圖1 后視圖

        圖2 俯視圖——扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象

        2 扭矩轉(zhuǎn)向原因

        扭矩轉(zhuǎn)向根本原因是左右傳動(dòng)半軸不對(duì)稱。前驅(qū)車由于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置,變速箱通常不在汽車中心平面,而是偏置在一側(cè),左、右半軸角度不同,使得扭矩分配到左、右側(cè)時(shí)不相等,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)偏離中間位置而出現(xiàn)加速跑偏的現(xiàn)象。

        假定差速器輸出扭矩為T,左右扭矩平均分配。且輪胎與地面無(wú)打滑。

        簡(jiǎn)化模型及計(jì)算公式如下所示:

        注:不同公司計(jì)算公式存在差異,將傳動(dòng)扭矩分解到輪胎處繞Z軸旋轉(zhuǎn)的扭矩,可以便于系統(tǒng)臺(tái)架驗(yàn)證,且通過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)吻合較好。

        左側(cè)扭矩:MZL=T/2*COSαL*SINβL

        右側(cè)扭矩:MZR=T/2*COSαR*SINβR

        式中:T為差速器輸出扭矩總和,α為傳動(dòng)軸與輸入端之間的夾角,β為傳動(dòng)軸與輸入端之間夾角。MZ為分解到輪胎處繞Z軸旋轉(zhuǎn)的扭矩。

        因左、右半軸角度不對(duì)稱,導(dǎo)致MZL與MZR不相等。若MZL與MZR差值大于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦,將導(dǎo)致車輪偏轉(zhuǎn)一定角度產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)可以看到方向盤也會(huì)偏轉(zhuǎn)一定角度。如圖2所示:

        3 目標(biāo)設(shè)定

        為了在開(kāi)發(fā)前期有效規(guī)避扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向,需要對(duì)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)展目標(biāo)設(shè)定及分解,通常要求:

        (1)△MZ=/MZL-MZR/≤30Nm。然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩、速比等反推左右半軸夾角差值。

        (2)左、右半軸總成扭轉(zhuǎn)間隙≤1.5deg。

        (3)左、右半軸總成等剛度。

        4 扭矩轉(zhuǎn)向優(yōu)化措施

        4.1 對(duì)稱式半軸布置

        采用對(duì)稱式的兩段或者三段式半軸。受限于布置空間,兩段對(duì)稱式半軸在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的前驅(qū)車上很難實(shí)現(xiàn),部分電動(dòng)車有采用。三段式半軸在成本較低的A級(jí)車上采用相對(duì)較少。

        4.2 調(diào)整半軸剛度

        采用對(duì)稱式半軸時(shí),通常要求左右半軸總成等剛度。而對(duì)于不對(duì)稱布置且有扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象時(shí),可以通過(guò)增大兩側(cè)剛度差異反過(guò)去彌補(bǔ)扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象。

        彌補(bǔ)機(jī)理:剛度大,半軸扭轉(zhuǎn)變形角度小,傳遞到輪胎的有效滾動(dòng)角度大。如半軸剛度左側(cè)100Nm/°,右側(cè)120Nm/°,左右側(cè)扭矩均為1200Nm,左側(cè)半軸扭轉(zhuǎn)變形12°,右側(cè)10°,右側(cè)有效傳遞到輪胎滾動(dòng)方向的角度大,響應(yīng)快。通俗的說(shuō)是調(diào)整剛度讓車輛朝扭矩轉(zhuǎn)向跑偏的另外一側(cè)跑偏,削弱甚至達(dá)到完全中和不跑偏的效果。

        某A級(jí)轎車項(xiàng)目后期發(fā)現(xiàn)1.5T車型存在明顯扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象,采用其它措施難以滿足上市節(jié)點(diǎn)且代價(jià)巨大,因此在滿足強(qiáng)度的前提下降低左半軸剛度(直徑),在左右側(cè)簧下質(zhì)量差異無(wú)明顯導(dǎo)致舒適性差異前提下提高右半軸剛度(直徑),最終通過(guò)半軸剛度調(diào)整實(shí)現(xiàn)扭矩轉(zhuǎn)向的優(yōu)化。

        4.3 調(diào)整輸出扭矩

        通過(guò)降低輸出扭矩大小,或者延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間,可以緩解扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象。通常自動(dòng)擋比手動(dòng)擋扭矩轉(zhuǎn)向表現(xiàn)好。該方法會(huì)降低動(dòng)力性和駕駛樂(lè)趣,不建議采用。扭矩過(guò)大輪胎打滑可以考慮適當(dāng)降低。

        4.4 調(diào)整動(dòng)力總成布置

        (1)動(dòng)總旋轉(zhuǎn)傾斜,俗稱發(fā)動(dòng)機(jī)歪置。部分車型如大眾POLO、奇瑞艾瑞澤5等采用。

        (2)動(dòng)總平移,分為水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)。某品牌SUV1.5T車型因調(diào)整動(dòng)總姿態(tài)去調(diào)整半軸角度空間有限,不能完全通過(guò)消除扭矩轉(zhuǎn)向,因此調(diào)整動(dòng)總姿態(tài)的同時(shí)通過(guò)更改懸架彈簧降低車身姿態(tài)15mm,兩個(gè)方案組合有效消除扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象。

        4.5 調(diào)整轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦

        (1)增大摩擦:滑柱轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦、轉(zhuǎn)向機(jī)摩擦和轉(zhuǎn)向管柱等零部件的摩擦。其中增加齒輪齒條預(yù)緊力以增大轉(zhuǎn)向機(jī)逆驅(qū)動(dòng)摩擦力較容易實(shí)現(xiàn)。

        (2)增大轉(zhuǎn)向機(jī)軸線到輪心距離(調(diào)整轉(zhuǎn)向梯形)。影響較大,后期調(diào)整空間小。

        EPS往往比HPS逆向摩擦阻力大,抗扭矩轉(zhuǎn)向能力更強(qiáng)。增大逆向摩擦往往會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向回正變差,HPS需要均衡考慮。

        4.6 軟件主動(dòng)控制

        (1)EPS主動(dòng)控制

        在監(jiān)測(cè)到扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象時(shí),可以增加EPS主動(dòng)回正和保持方向盤的能力??赡軐?dǎo)致回正偏強(qiáng),需要均衡考慮。

        (2)ESC主動(dòng)控制

        在監(jiān)測(cè)到扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象時(shí),可以考慮ESC主動(dòng)介入對(duì)車速快的一側(cè)額外施加制動(dòng)力以抑制跑偏,甚至限扭。當(dāng)前市面上ESC無(wú)此項(xiàng)功能。

        (3)其它電子設(shè)備主動(dòng)控制,如車道保持系統(tǒng)。

        4.7 其它非對(duì)稱調(diào)整措施

        如某國(guó)產(chǎn)SUV采用不對(duì)稱主銷設(shè)計(jì)抑制扭矩轉(zhuǎn)向。

        圖3 對(duì)稱兩段式半軸

        圖4 對(duì)稱三段式半軸

        表1

        圖5 初始布置

        圖6 動(dòng)總旋轉(zhuǎn)傾斜

        圖7 水平移動(dòng)

        圖8 垂直移動(dòng)

        5 結(jié)語(yǔ)

        (1)在開(kāi)發(fā)前期通過(guò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)合理的目標(biāo)設(shè)定和分解,可以有效的規(guī)避扭矩轉(zhuǎn)向風(fēng)險(xiǎn)。

        (2)對(duì)前期未有效規(guī)避已經(jīng)存在扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象,合理借鑒上述一種或者幾種組合方案可以有效優(yōu)化扭矩轉(zhuǎn)向。

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