淺析乘用車軸荷分配

衛黨輝

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

關鍵詞：乘用車;軸荷分配;整車姿態;操縱穩定性;行駛平順性

1 軸荷分配定義

軸荷分配是指汽車質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的質量以及質心坐標參數、乘員及其攜帶行李的質量以及質心坐標、軸距等具體關鍵設計參數。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車型各系統的質量以及質心坐標參數值如表1所示，

根據表1中的參數值，可得空載時整車的質心坐標計算公式為：

將表1中的數據代入，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——空載時質心距前軸中心線的水平距離，mm;

bk——為質心距后軸中心線的水平距離，mm;

L——軸距，mm。

根據整車空載時的受力圖可知：

質心距前軸中心線的水平距離：ak=xk=1045.5mm

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

根據受力平衡，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

半載狀態下，各系統的質量和質心位置見表2：

半載狀態下，整車的質心坐標為：

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

質心距前軸中心線的水平距離：ab=xb=1095.8mm

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

根據受力平衡，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。根據已經確定的某 HEV車型整車的空載質量，可計算其滿載時的總質量為：

人體標準質量按每人68kg計算，則滿載時：

前排人體質量：m前排人體=2*68=136kg

后排人體質量：m后排人體=3*68=204kg

行李質量：m后排人體=5*7=35kg

滿載時整車質量：Mm=1873.6+136+204+35=2248.6kg

滿載時整車的質心坐標為：

公式中，各系統的質量和質心位置見表3：

將表3中的數據代入滿載時質心坐標公式，求得某 HEV車型滿載狀態下的整車質心坐標為（1187.6，-1.4，324.1）。

質心距前軸中心線的水平距離：am=xm=1187.6mm

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

根據受力平衡，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 結束語

確定乘用車前后軸荷的關鍵是首先在整車坐標系下確定整車各系統的質量以及質心坐標，由此可以確定空載狀態下的整車質心坐標點;其次是確定整車半載以及滿載狀態下的乘員及行李的質量及質心坐標;最后依據力矩平衡原理，求得空載、半載、滿載三種狀態下的前后軸荷以及占比。需要強調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下的質心高度，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.《汽車設計》.（第二版）.北京：機械工業出版社，1989.

[2]劉惟信.《汽車設計》.北京：清華大學出版社，2002.

[3]耶爾森·賴姆帕爾.《汽車底盤基礎》.科學普及出版社，1992.