基于電動車平臺的輪心主銷偏移距對整車性能影響分析

柯為 鄭作民, 胡浩炬

摘 要：輪心處的主銷偏移距是懸架設(shè)計的關(guān)鍵指標(biāo)之一，在平臺化設(shè)計過程中的影響尤其重要。本文定性分析輪心處的主銷偏置距可能影響工況，再通過多體動力學(xué)軟件獲取準(zhǔn)確值。結(jié)果表明主銷偏置距顯著的影響車輪前輪不平衡量或不均勻?qū)е碌霓D(zhuǎn)向盤抖動，在對開路面加速跑偏，轉(zhuǎn)向輕便性也有影響。

關(guān)鍵詞：輪心主銷偏移距;多體動力學(xué);轉(zhuǎn)向盤擺振;加速跑偏;轉(zhuǎn)向輕便性

隨著電動車平臺化的需求增加，前輪定位參數(shù)和主銷偏移距等關(guān)鍵參數(shù)對性能的影響需要厘清，該參數(shù)一旦確定將應(yīng)用于所有的車型。而電動車相對于燃油車具有驅(qū)動扭矩大，舒適性要求更高的特點[1]。因此電動車容易出現(xiàn)加速跑偏，平滑路面振動易被駕駛員感知的情況[2]。上述現(xiàn)象都跟輪心處的主銷偏置距有重大關(guān)系。輪心處的主銷偏移距（KP@WC）對整車性能的影響的分析也非常必要。

1 分析的設(shè)定

輪心處主銷偏移距（KP@WC）和主銷偏置距（Scrub radius）是主銷在輪心和接地點的兩個相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)，其中輪心處的主銷偏移距主要影響驅(qū)動，scrub radius影響制動[3]，而二者可以通過主銷內(nèi)傾角和車輪滾動半徑進行轉(zhuǎn)化[4]。具體的影響工況如下圖1所示。下文只討論輪心處主銷偏移距的影響，并簡稱為主銷偏移距。

1.2 分析的方案設(shè)計

主軸長的調(diào)整方法有兩種：繞整車縱軸旋轉(zhuǎn)或者沿側(cè)向平移主銷。繞縱軸旋轉(zhuǎn)會更改懸架的硬點，影響懸架的KC特性，造成多因素影響。因此本次分析采取將輪心點向外和內(nèi)各移動20mm，其結(jié)果如下表2所示，改變主軸長和輪距。該方式會增減輪距，為了剔除輪距的影響將前軸的所有硬點往外和往內(nèi)移動20mm，其結(jié)果如表3所示，其結(jié)果只改變輪距，不改變主軸長。將二者方相結(jié)合即可判斷僅主軸長差別導(dǎo)致的性能差異。

2 各工況的分析結(jié)果

2.1 主銷偏移距在對開路面車輛急加速時的跑偏影響

當(dāng)車輛處于對開路面加速時，附著低側(cè)車輪因力矩太大發(fā)生打滑而失去附著，車輛將向高附著側(cè)轉(zhuǎn)向。設(shè)置左側(cè)車輪附著為0.3，右側(cè)車輪附著為1.0，油門開度1s內(nèi)從0到30%。表4為對比結(jié)果。如果半側(cè)輪距增加20mm，跑偏比增加0.004，而主銷偏置距增加0.01，影響比輪距明顯得多。

2.2 車輪存在不平衡量時主銷偏移距的影響

當(dāng)車輪存在不平衡量或者輪胎圓度存在誤差等情況時，車輪在轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生徑向的慣性力，該力的頻率與輪胎滾動的速度相關(guān)。輪胎速度越高，頻率越高。當(dāng)該激勵與底盤某一階頻率重合時，會引起共振。如高速轉(zhuǎn)向盤的擺振，高速制動抖動等。

從車輪經(jīng)懸架傳遞到轉(zhuǎn)向盤的抖動大小跟傳遞路徑的特性相關(guān)，當(dāng)傳遞路徑衰減能力高或者放大系數(shù)小時則受到車輪不平衡量或者制動力矩擾動時的影響就小，則懸架的抗干擾能力高。

本次模擬通過在輪輞設(shè)置一塊25g的不平衡量，如圖2所示。車輛從50km/h加速到150km/h，分析轉(zhuǎn)向盤和駕駛員座椅導(dǎo)軌處的X，Y，Z方向的振動情況。圖3為不同主銷偏移距的轉(zhuǎn)向盤12點鐘Y向振動結(jié)果，隨著主銷偏移距增大，轉(zhuǎn)向盤Y向振動明顯增強。圖4-圖6的結(jié)果表明隨著主銷偏移距增加駕駛員座椅導(dǎo)軌X向振動無明顯變化，而Y向高頻部分會有所增加但是整體幅值較小，Z向振動在低頻和高頻部分有所差別，但是差別較小。

2.3 主銷偏移距對單輪過坎沖擊工況的影響

車輛以30km/h的速度單輪通過30*100的矩形塊時，由于左右車輪受到的縱向力不一致，該作用力通過主銷偏移距作為力臂傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，因此主銷偏移距的變化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向盤上的力矩的變化，結(jié)果如表6所示。主銷偏移距的影響較輪距的影響明顯得多，但是該影響不是線性的。

2.4 主銷偏移距對原地轉(zhuǎn)向力和低速轉(zhuǎn)向的影響

車輪轉(zhuǎn)向時由于前輪定位參數(shù)的存在，會形成對車身的舉升效應(yīng)。該效應(yīng)是轉(zhuǎn)向阻力矩的組成部分，而定位參數(shù)的綜合結(jié)果就是主銷偏移距的大小。表7是說明輪距越大阻力矩越小，而主銷偏移距越長轉(zhuǎn)向阻力矩越大，低速轉(zhuǎn)向的差別比原地轉(zhuǎn)向明顯，但整體的影響不大。

3 結(jié)論

主銷偏移距是懸架設(shè)計的關(guān)鍵指標(biāo)之一，其顯著的影響車輪前輪不平衡或不均勻?qū)е碌霓D(zhuǎn)向盤抖動，影響對開路面加速方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性。在電動車平臺化設(shè)計過程中需要關(guān)注。

參考文獻：

[1]柳楊，劉紅領(lǐng)，等.影響汽車跑偏的因素[J].北京：計算機輔助工程，2006（09）.

[2]李勝，林逸.汽車轉(zhuǎn)向輪擺振研究[J].北京：設(shè)計·計算·研究，2004.

[3]張洪欣，余卓平.汽車底盤基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)普及出版社，1992.

[4]陳萌三，余強.汽車動力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

作者簡介：柯為（1984-），男，湖北大冶人，碩士研究生，工程師，從事車輛動力學(xué)方面仿真研究。