KC試驗臺在解決扭矩轉(zhuǎn)向問題中的運用

王凱　陶邦銀　丁常偉　葉明　于陽

摘 要：扭矩轉(zhuǎn)向是指車輛急加速時出現(xiàn)的跑偏現(xiàn)象。本文介紹了扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向原因及受力簡化模型，通過KC試驗臺模擬扭矩轉(zhuǎn)向工況，測量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逆向輸入摩擦力矩，為傳動系統(tǒng)目標設(shè)定及分解提供指導，可提前有效降低扭矩轉(zhuǎn)向風險。

關(guān)鍵詞：KC試驗；扭矩轉(zhuǎn)向；前輪驅(qū)動；半軸；傳動系統(tǒng)；目標設(shè)定

1 引言

扭矩轉(zhuǎn)向是指車輛急加速時出現(xiàn)的加速跑偏現(xiàn)象。利用KC試驗臺可以近似模擬并測量逆向輸入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦力矩，為傳動系統(tǒng)目標設(shè)定和分解提供支持。

2 扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象及原因

扭矩轉(zhuǎn)向根本原因是左右傳動半軸不對稱。前驅(qū)車由于發(fā)動機橫置，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)時不相等，當左右側(cè)扭矩差大于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逆向摩擦力時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)偏離中間位置而出現(xiàn)加速跑偏的現(xiàn)象，如圖1所示。

假定差速器輸出扭矩為T，左右扭矩平均分配。且輪胎與地面無打滑。

簡化模型及計算公式如下所示，見圖2：

注：不同公司計算公式存在差異，本文將傳動扭矩分解到輪胎處繞Z軸旋轉(zhuǎn)的扭矩，以便于KC臺架驗證。

T=TMAX*I1*IFD*η

左側(cè)扭矩：MZL=T/2*COSαL*SINβL

右側(cè)扭矩：MZR=T/2*COSαR*SINβR

左右側(cè)扭矩差：△MZ=/MZL-MZR/

式中：T為差速器最大輸出扭矩總和，TMAX為發(fā)動機最大扭矩，I1為1檔速比，IFD為主減速比，η為效率，α為半軸與差速器輸出軸之間的夾角，β為半軸與輸出端之間夾角。Mz為分解到輪胎處繞Z軸旋轉(zhuǎn)的扭矩。

若△Mz≤M，M為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的逆向摩擦力矩，扭矩差將不能克服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦而出現(xiàn)扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象；若△MZ>M，將導致扭矩轉(zhuǎn)向現(xiàn)象。

3 KC試驗臺測量

通過試驗完全模擬實車扭矩轉(zhuǎn)向工況較復雜，忽略急加速時載荷轉(zhuǎn)移等影響因素，KC試驗臺可以近似模擬測量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逆向驅(qū)動摩擦力矩，見圖3。

目前KC試驗臺無專門測量逆驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦的工況，需進行手動模式測量或者編制腳本測量。

測量工況設(shè)定：

1.夾持車身，調(diào)整到試驗載荷高度，開啟發(fā)動機；

2.方向盤和轉(zhuǎn)向機器人斷開；

3.左前車輪采用轉(zhuǎn)角位移控制模式；

4.右前車輪采用隨動力的模式；

5.前軸X、Y、Z方向均采用力的模式，模擬實車真實情況；

驅(qū)動左前車輪，轉(zhuǎn)角±20°，車輪轉(zhuǎn)速1°/s；預熱2個循環(huán)，試驗3個循環(huán)，記錄左前車輪的驅(qū)動力矩和車輪轉(zhuǎn)角。

圖4和表1為測量數(shù)據(jù)展示：

4 目標設(shè)定及分解

為了在開發(fā)前期有效規(guī)避扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，需要對傳動系統(tǒng)開展目標設(shè)定及分解，考慮到動靜摩擦力、載荷轉(zhuǎn)移等實車及臺架試驗之間差異因素，通常目標保守設(shè)定△MZ≤30Nm，后續(xù)可根據(jù)KC實測結(jié)果進行目標的修訂。然后根據(jù)上述公式反推校核左、右半軸夾角。

5 結(jié)語

本文對KC試驗臺在扭矩轉(zhuǎn)向中的運用進行了詳細的介紹，經(jīng)實際驗證效果較好，對傳動系統(tǒng)目標設(shè)定及分解具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論（ 第5版）.機械工業(yè)出版社，2009.

[2]李錦燦.《扭矩轉(zhuǎn)向?qū)湼ミd懸架前驅(qū)車的影響分析》.現(xiàn)代工藝、裝備制造 2014年第4期.

[3]王凱.《前驅(qū)車型扭矩轉(zhuǎn)向優(yōu)化》.時代汽車，2018年11期.