KC试验台在解决扭矩转向问题中的运用

王凯　陶邦银　丁常伟　叶明　于阳

摘 要：扭矩转向是指车辆急加速时出现的跑偏现象。本文介绍了扭转转向原因及受力简化模型，通过KC试验台模拟扭矩转向工况，测量转向系统逆向输入摩擦力矩，为传动系统目标设定及分解提供指导，可提前有效降低扭矩转向风险。

关键词：KC试验；扭矩转向；前轮驱动；半轴；传动系统；目标设定

1 引言

扭矩转向是指车辆急加速时出现的加速跑偏现象。利用KC试验台可以近似模拟并测量逆向输入转向系统摩擦力矩，为传动系统目标设定和分解提供支持。

2 扭矩转向现象及原因

扭矩转向根本原因是左右传动半轴不对称。前驱车由于发动机横置，变速箱通常不在汽车中心平面，而是偏置在一侧，左、右半轴角度不同，使得扭矩分配到左、右侧时不相等，当左右侧扭矩差大于转向系统逆向摩擦力时，转向系统偏离中间位置而出现加速跑偏的现象，如图1所示。

假定差速器输出扭矩为T，左右扭矩平均分配。且轮胎与地面无打滑。

简化模型及计算公式如下所示，見图2：

注：不同公司计算公式存在差异，本文将传动扭矩分解到轮胎处绕Z轴旋转的扭矩，以便于KC台架验证。

T=TMAX*I1*IFD*η

左侧扭矩：MZL=T/2*COSαL*SINβL

右侧扭矩：MZR=T/2*COSαR*SINβR

左右侧扭矩差：△MZ=/MZL-MZR/

式中：T为差速器最大输出扭矩总和，TMAX为发动机最大扭矩，I1为1档速比，IFD为主减速比，η为效率，α为半轴与差速器输出轴之间的夹角，β为半轴与输出端之间夹角。Mz为分解到轮胎处绕Z轴旋转的扭矩。

若△Mz≤M，M为转向系统的逆向摩擦力矩，扭矩差将不能克服转向系统的摩擦而出现扭矩转向现象；若△MZ>M，将导致扭矩转向现象。

3 KC试验台测量

通过试验完全模拟实车扭矩转向工况较复杂，忽略急加速时载荷转移等影响因素，KC试验台可以近似模拟测量转向系统逆向驱动摩擦力矩，见图3。

目前KC试验台无专门测量逆驱动转向系统摩擦的工况，需进行手动模式测量或者编制脚本测量。

测量工况设定：

1.夹持车身，调整到试验载荷高度，开启发动机；

2.方向盘和转向机器人断开；

3.左前车轮采用转角位移控制模式；

4.右前车轮采用随动力的模式；

5.前轴X、Y、Z方向均采用力的模式，模拟实车真实情况；

驱动左前车轮，转角±20°，车轮转速1°/s；预热2个循环，试验3个循环，记录左前车轮的驱动力矩和车轮转角。

图4和表1为测量数据展示：

4 目标设定及分解

为了在开发前期有效规避扭转转向，需要对传动系统开展目标设定及分解，考虑到动静摩擦力、载荷转移等实车及台架试验之间差异因素，通常目标保守设定△MZ≤30Nm，后续可根据KC实测结果进行目标的修订。然后根据上述公式反推校核左、右半轴夹角。

5 结语

本文对KC试验台在扭矩转向中的运用进行了详细的介绍，经实际验证效果较好，对传动系统目标设定及分解具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]余志生.汽车理论（ 第5版）.机械工业出版社，2009.

[2]李锦灿.《扭矩转向对麦弗逊悬架前驱车的影响分析》.现代工艺、装备制造 2014年第4期.

[3]王凯.《前驱车型扭矩转向优化》.时代汽车，2018年11期.