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計的關鍵指標之一，在平臺化設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，再通過多體動力學軟件獲取準確值。結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導致的轉向盤抖動，在對開路面加速跑偏，轉向輕便性也有影響。

關鍵詞：輪心主銷偏移距;多體動力學;轉向盤擺振;加速跑偏;轉向輕便性

隨著電動車平臺化的需求增加，前輪定位參數和主銷偏移距等關鍵參數對性能的影響需要厘清，該參數一旦確定將應用于所有的車型。而電動車相對于燃油車具有驅動扭矩大，舒適性要求更高的特點[1]。因此電動車容易出現加速跑偏，平滑路面振動易被駕駛員感知的情況[2]。上述現象都跟輪心處的主銷偏置距有重大關系。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的關鍵參數，其中輪心處的主銷偏移距主要影響驅動，scrub radius影響制動[3]，而二者可以通過主銷內傾角和車輪滾動半徑進行轉化[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 分析的方案設計

主軸長的調整方法有兩種：繞整車縱軸旋轉或者沿側向平移主銷。繞縱軸旋轉會更改懸架的硬點，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各移動20mm，其結果如下表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移動20mm，其結果如表3所示，其結果只改變輪距，不改變主軸長。將二者方相結合即可判斷僅主軸長差別導致的性能差異。

2 各工況的分析結果

2.1 主銷偏移距在對開路面車輛急加速時的跑偏影響

當車輛處于對開路面加速時，附著低側車輪因力矩太大發生打滑而失去附著，車輛將向高附著側轉向。設置左側車輪附著為0.3，右側車輪附著為1.0，油門開度1s內從0到30%。表4為對比結果。如果半側輪距增加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，車輪在轉動過程中會產生徑向的慣性力，該力的頻率與輪胎滾動的速度相關。輪胎速度越高，頻率越高。當該激勵與底盤某一階頻率重合時，會引起共振。如高速轉向盤的擺振，高速制動抖動等。

從車輪經懸架傳遞到轉向盤的抖動大小跟傳遞路徑的特性相關，當傳遞路徑衰減能力高或者放大系數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，分析轉向盤和駕駛員座椅導軌處的X，Y，Z方向的振動情況。圖3為不同主銷偏移距的轉向盤12點鐘Y向振動結果，隨著主銷偏移距增大，轉向盤Y向振動明顯增強。圖4-圖6的結果表明隨著主銷偏移距增加駕駛員座椅導軌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向盤上，因此主銷偏移距的變化會導致轉向盤上的力矩的變化，結果如表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向力和低速轉向的影響

車輪轉向時由于前輪定位參數的存在，會形成對車身的舉升效應。該效應是轉向阻力矩的組成部分，而定位參數的綜合結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向阻力矩越大，低速轉向的差別比原地轉向明顯，但整體的影響不大。

3 結論

主銷偏移距是懸架設計的關鍵指標之一，其顯著的影響車輪前輪不平衡或不均勻導致的轉向盤抖動，影響對開路面加速方向穩定性和轉向輕便性。在電動車平臺化設計過程中需要關注。

參考文獻：

[1]柳楊，劉紅領，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.汽車轉向輪擺振研究[J].北京：設計·計算·研究，2004.

[3]張洪欣，余卓平.汽車底盤基礎[M].北京：科學普及出版社，1992.

[4]陳萌三，余強.汽車動力學[M].北京：清華大學出版社，2009.

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