薛志祥 詹鈺君

摘 要：本文介紹了汽車開發(fā)過(guò)程中，針對(duì)加速跑偏現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析研究和敏感度分析，在實(shí)際的案例中進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：加速跑偏;驅(qū)動(dòng)軸角度;扭矩差校核

1 引言

對(duì)于大部分前驅(qū)車來(lái)說(shuō)，汽車在低檔位急加速情況下，行駛方向會(huì)轉(zhuǎn)向一側(cè)，當(dāng)動(dòng)力突然切斷時(shí)，方向會(huì)反過(guò)來(lái)朝另一側(cè)，這就是加速跑偏現(xiàn)象。對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸扭矩和轉(zhuǎn)向幾何結(jié)構(gòu)的相互影響造成的跑偏問(wèn)題，我們通常用Torque steer（扭矩轉(zhuǎn)向）來(lái)描述[1]。早期的前驅(qū)車沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樽匀晃鼩獍l(fā)動(dòng)機(jī)扭矩變化速率沒(méi)有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)變化的快，隨著渦輪增壓、缸內(nèi)直噴技術(shù)的興起，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的增大，將導(dǎo)致加速跑偏問(wèn)題越來(lái)越凸顯。另一方面由于電動(dòng)汽車的蓬勃發(fā)展，起步扭矩更大，將會(huì)放大加速跑偏問(wèn)題，這不得不引起各大汽車制造廠商的關(guān)注。

2 加速跑偏的形成機(jī)理

汽車加速跑偏現(xiàn)象用動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析如下[2]：加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)變速箱傳遞到驅(qū)動(dòng)軸上，一方面驅(qū)動(dòng)力作用在輪心處產(chǎn)生了繞車輪半徑的轉(zhuǎn)向力矩，另一方面驅(qū)動(dòng)扭矩的分量作用在主銷軸線上，產(chǎn)生了繞主銷的扭矩。兩者疊加即是作用在車輪上的轉(zhuǎn)向力矩。如果左前輪和右前輪受到的轉(zhuǎn)向力矩不對(duì)稱，這個(gè)力矩差值作用在轉(zhuǎn)向橫拉桿上，即推動(dòng)車輪向一側(cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖1。

3 影響加速跑偏的因素分析

假設(shè)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中，能保證車輛的懸架、重量、動(dòng)總布置是左右對(duì)稱的，由前文分析可知，這將不會(huì)產(chǎn)生左右扭矩差。而對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)的車輛很難做到左右對(duì)稱。下面將從驅(qū)動(dòng)軸角度、輪荷、主銷內(nèi)傾角、主銷偏置距的不對(duì)稱性對(duì)扭矩差的影響進(jìn)行敏感度分析。

3.1 驅(qū)動(dòng)軸角度對(duì)扭矩差的影響分析

對(duì)于前驅(qū)車來(lái)說(shuō)，傳動(dòng)軸需要負(fù)責(zé)動(dòng)力傳遞，而又因?yàn)樽兯傧湮恢玫年P(guān)系，左右傳動(dòng)軸常有左短右長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，這樣就會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)軸角度不等。對(duì)于設(shè)定初始參數(shù)，W=400kg，μ=1.0，R=320mm，θ=11°，rks=60mm，αL=5°，αR=（0～10）°，由公式（2）～（3）可得，扭矩差相對(duì)角度差的變化率為10.8Nm/deg，即左右驅(qū)動(dòng)軸角度每相差1度，則產(chǎn)生的繞主銷扭矩差為10.8Nm。如圖2所示。

3.2 輪荷對(duì)扭矩差的影響分析

對(duì)于一般的前驅(qū)車來(lái)說(shuō)很難做到左右輪荷的完全一致。設(shè)定初始參數(shù)如下：WL=400kg，WR=（380～420）kg，μ=1.0，R=320mm，θ=11°，rks=60mm，α=5°，由公式（2）～（3）可得，扭矩差相對(duì)輪荷差的變化率為0.23Nm/kg，即左右輪荷每相差10kg，則產(chǎn)生的繞主銷扭矩差為2.3Nm。如圖3所示。

3.3 主銷內(nèi)傾角對(duì)扭矩差的影響分析

考慮到生產(chǎn)制造的誤差，主銷內(nèi)傾角公差一般為±1°左右。設(shè)定初始參數(shù)如下：W=400kg，μ=1.0，R=320mm，α=5°，θL=11°，θR=（10～12）°，rks=60mm。由公式（2）～（3）可得，扭矩差相對(duì)主銷內(nèi)傾角差的變化率為0.18Nm/°，即左右主銷內(nèi)傾角每相差1度，則產(chǎn)生的繞主銷扭矩差為0.18Nm。如圖4所示。

3.4 主銷偏置距（輪心處）對(duì)扭矩差的影響分析

輪心處主銷偏置距決定了驅(qū)動(dòng)力作用在主銷上的力臂大小。例如HiperStrut懸掛的設(shè)計(jì)[3]，相比常規(guī)的麥弗遜懸架，這種設(shè)計(jì)能夠減小主銷偏置距從而抑制扭矩轉(zhuǎn)向。設(shè)定初始參數(shù)如下：W=400kg，μ=1.0，R=320mm，α=5°，θ=11°，rks_L=60mm，rks_R=（55～65）mm由公式（2）～（3）可得，扭矩差相對(duì)主銷內(nèi)傾角差的變化率為3.92Nm/°，即左右主銷偏置距每相差1mm，則產(chǎn)生的繞主銷扭矩差為3.92Nm。如圖5所示。

3.5 縱向加速度對(duì)扭矩差的影響

當(dāng)初始狀態(tài)下布置下的驅(qū)動(dòng)軸角度左右不對(duì)稱，在汽車大扭矩起步時(shí)，由于軸荷轉(zhuǎn)移引起的前懸架拉升，動(dòng)總姿態(tài)上抬。由于左軸桿短于右軸桿，根據(jù)公式（4）～（6）可知，在動(dòng)總姿態(tài)上抬過(guò)程中，則左驅(qū)動(dòng)軸角度的變化必然大于右驅(qū)動(dòng)軸角度，則驅(qū)動(dòng)軸角度的不對(duì)稱性將隨之放大，扭矩差也將進(jìn)一步增大。如圖6所示。

3.6 小結(jié)

由前文分析可知，與扭矩差相關(guān)的幾個(gè)重要因素中，左右驅(qū)動(dòng)軸角度差的影響最大，依次是主銷偏置距、左右驅(qū)動(dòng)輪輪荷、主銷內(nèi)傾角?？紤]到懸架的對(duì)稱設(shè)計(jì)和輪荷的不可更改，驅(qū)動(dòng)軸的優(yōu)化布置是解決加速跑偏問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵思路。

4 案例應(yīng)用

在某車型開發(fā)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該樣車在低檔位急加速起步時(shí)，存在扭矩轉(zhuǎn)向問(wèn)題，即加速跑偏。第一步，檢查車輛狀態(tài)（包括輪胎氣壓、四輪定位、輪荷及車身姿態(tài)等），結(jié)果如表1所示：

接下來(lái)，在同一臺(tái)車上通過(guò)加配載的方式，使得左右驅(qū)動(dòng)軸角度產(chǎn)生差異，然后進(jìn)行跑偏對(duì)比驗(yàn)證，如表2所示。

就如何減小驅(qū)動(dòng)軸角度有兩種方案，一是減短彈簧長(zhǎng)度，二是通過(guò)動(dòng)總姿態(tài)下降方案重新布置傳動(dòng)軸角度。由于彈簧長(zhǎng)度更改影響整車通過(guò)性，最終采取動(dòng)總姿態(tài)下降方案，使得空載下驅(qū)動(dòng)軸角度降為左3.1°，右2.7°。此方案實(shí)施在該跑偏故障車上，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)對(duì)比，加速跑偏問(wèn)題得到有效解決。

通過(guò)公式（2）～（6），可以初步計(jì)算原車的扭矩差為46.2Nm，采取動(dòng)總姿態(tài)下降方案后的扭矩差降為28.5Nm，下降幅度為38%。

5 小結(jié)

本文通過(guò)理論分析加速跑偏問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行了敏感度分析，據(jù)此解決了實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中遇到的問(wèn)題。

在項(xiàng)目開發(fā)前期，輸入車輛的基本參數(shù)如車輛重量、車輪滾動(dòng)半徑、主銷內(nèi)傾角、驅(qū)動(dòng)軸角度、懸架剛度、軸距、質(zhì)量等參數(shù)，可以校核急加速起步時(shí)的扭矩差，各廠家可根據(jù)實(shí)際情況制定相應(yīng)的校核標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化方案來(lái)提前規(guī)避產(chǎn)生加速跑偏問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Donald Bastow，Geoffrey Howard，John P. Whitehead. Car Suspension and Handling [J].Wiley，No.2004-03-29：15.

[2]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.183.

[3]凱迪拉克XTS底盤技術(shù)簡(jiǎn)介[J].汽車與駕駛維修（汽車版），2013（6）：140.