淺析乘用車軸荷分配

衛(wèi)黨輝

摘 要：對于乘用車來說，軸荷分配是整車設(shè)計中非常重要的一項工作。軸荷分配與整車姿態(tài)、前后懸架的垂向剛度、側(cè)傾剛度、上下行程、偏頻、輪胎承載力等諸多重要設(shè)計元素直接相關(guān)，也與乘用車的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、制動系統(tǒng)系統(tǒng)匹配等有密切關(guān)系。本文作者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，以某HEV車型為研究對象對軸荷分配進行研究分析。

關(guān)鍵詞：乘用車;軸荷分配;整車姿態(tài);操縱穩(wěn)定性;行駛平順性

1 軸荷分配定義

軸荷分配是指汽車質(zhì)量分配到前后軸上的比例，一般以百分比表示，對于乘用車來說軸荷分配通常要計算空載、半載、滿載三種載荷狀態(tài)下的軸荷分配。

2 軸荷分配計算分析

通常在計算軸荷分配時，需要事前確定整車各系統(tǒng)的質(zhì)量以及質(zhì)心坐標參數(shù)、乘員及其攜帶行李的質(zhì)量以及質(zhì)心坐標、軸距等具體關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。下文以某HEV車型為例，對軸荷分配計算過程進行分析。

2.1 空載軸荷分配

某HEV車型各系統(tǒng)的質(zhì)量以及質(zhì)心坐標參數(shù)值如表1所示，

根據(jù)表1中的參數(shù)值，可得空載時整車的質(zhì)心坐標計算公式為：

將表1中的數(shù)據(jù)代入，求得某 HEV車型整車空載時的坐標為（1045.5，-1.7，305.0）。

某HEV車型整車空載狀態(tài)下的受力情況如圖1所示。

Gk1——空載前軸載荷，N;

Gk2——空載后軸載荷，N;

Gk——空載總重，N;

ak——空載時質(zhì)心距前軸中心線的水平距離，mm;

bk——為質(zhì)心距后軸中心線的水平距離，mm;

L——軸距，mm。

根據(jù)整車空載時的受力圖可知：

質(zhì)心距前軸中心線的水平距離：ak=xk=1045.5mm

質(zhì)心距后軸中心線的水平距離：bk=L-xk=2620-1045.5=1574.5mm

根據(jù)受力平衡，將力Gk、Gk1、Gk2分別對前、后軸取矩，可得前、后軸所受地面作用力計算公式為：

其中，Gk=1873.6×9.8=18361.5N;ak=1045.5mm;bk=1574.5mm。

代入可得：

空載后軸載荷：Gk1=7327.1N，則M1=747.7kg

空載前軸軸荷：Gk2=11034.4N，則M2=1126.0kg

空載時前軸載荷比例：1126.0/1873.6

×100%=60.1%

空載時后軸載荷比例：747.7/1873.6×

100%=39.9%

2.2 半載軸荷分配

半載狀態(tài)下，各系統(tǒng)的質(zhì)量和質(zhì)心位置見表2：

半載狀態(tài)下，整車的質(zhì)心坐標為：

將表2中的數(shù)據(jù)代入半載時質(zhì)心坐標計算公式，求得某 HEV車型半載時整車的質(zhì)心坐標為（1095.8，-1.5，316.0）。

質(zhì)心距前軸中心線的水平距離：ab=xb=1095.8mm

質(zhì)心距后軸中心線的水平距離：bb=L-xb=2620-1095.8=1524.2mm

根據(jù)受力平衡，將力Gb、Gb1、Gb2，分別對前、后軸取矩，可得前、后軸所受地面作用力為：

其中，Gb=Mb×g=2077.6×9.8=20360.7N;ab=1095.8mm;bb=1524.2mm。

代入公式可得

半載前軸載荷：Gb1=11844.9N，則Mb1=1208.7kg

半載后軸軸荷：Gb2=8515.8N，則Mb2=868.9kg

半載時前軸載荷比例：1208.7/2077.6×100%=58.2%

半載時后軸載荷比例：868.9/2077.6×100%=41.8%

2.3 滿載軸荷分配

滿載時按前排乘坐2人、后排乘坐3人、行李艙按每人攜帶7Kg的行李計算。根據(jù)已經(jīng)確定的某 HEV車型整車的空載質(zhì)量，可計算其滿載時的總質(zhì)量為：

人體標準質(zhì)量按每人68kg計算，則滿載時：

前排人體質(zhì)量：m前排人體=2*68=136kg

后排人體質(zhì)量：m后排人體=3*68=204kg

行李質(zhì)量：m后排人體=5*7=35kg

滿載時整車質(zhì)量：Mm=1873.6+136+204+35=2248.6kg

滿載時整車的質(zhì)心坐標為：

公式中，各系統(tǒng)的質(zhì)量和質(zhì)心位置見表3：

將表3中的數(shù)據(jù)代入滿載時質(zhì)心坐標公式，求得某 HEV車型滿載狀態(tài)下的整車質(zhì)心坐標為（1187.6，-1.4，324.1）。

質(zhì)心距前軸中心線的水平距離：am=xm=1187.6mm

質(zhì)心距后軸中心線的水平距離：bm=L-xm=2620-1187.6=1432.4mm

根據(jù)受力平衡，將Gm、Gm1、Gm2，分別對前、后軸取矩，可得前、后軸所受地面作用力為：

其中，Gm=Mm×g=2248.6×9.8=22036.5（N）;am=1187.6mm;bm=1432.4mm。

代入可得：

滿載前軸載荷：Gm1=12047.3N，則Mm1=1229.3kg

滿載后軸軸荷：Gm2=9989.2N，則Mm2=1019.3kg

滿載時前軸載荷比例：1229.3/2248.6×100%=54.7%

滿載時后軸載荷比例：1019.3/2248.6×100%=45.3%

3 結(jié)束語

確定乘用車前后軸荷的關(guān)鍵是首先在整車坐標系下確定整車各系統(tǒng)的質(zhì)量以及質(zhì)心坐標，由此可以確定空載狀態(tài)下的整車質(zhì)心坐標點;其次是確定整車半載以及滿載狀態(tài)下的乘員及行李的質(zhì)量及質(zhì)心坐標;最后依據(jù)力矩平衡原理，求得空載、半載、滿載三種狀態(tài)下的前后軸荷以及占比。需要強調(diào)的是此種算法除了可以確定前后軸荷之外，還可以確定各種載荷狀態(tài)下的質(zhì)心高度，這也是進行整車制動力匹配分析時的重要輸入條件之一。

參考文獻：

[1]張洪欣.《汽車設(shè)計》.（第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，1989.

[2]劉惟信.《汽車設(shè)計》.北京：清華大學出版社，2002.

[3]耶爾森·賴姆帕爾.《汽車底盤基礎(chǔ)》.科學普及出版社，1992.