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    【牛车实验室】扭矩转向漫谈 小钢炮车型跑偏的根源所在

    纯爷们 发表于 牛车网 2020.05.13 13:48

    扭力转向是发动机扭矩对转向的影响,在大扭矩的麦弗逊悬架前轮驱动的车辆中比较明显。当车辆急加速或全油门加速时,突然有较大的扭矩通过变速箱输出轴传递到左右两根传动轴,因为力矩的不同而使方向被拉向一侧,造成车辆行进方向的跑偏,使车辆偏离既定的路线。这种情况在小钢炮性能车上尤为明显,今天咱们就聊聊这个话题。

    扭力转向产生原因

    目前,前驱车大多采用横置发动机布局,变速箱与发动机相连。为了平衡重量,变速箱并不在车辆的中心,通常偏驾驶员,所以变速箱输出轴会一长一短。一般是驾驶员侧的较短,副驾驶侧的较长。变速箱输出轴的中心线与汽车驱动轮的中心线并不是重合的,而是呈一定的角度。由于左右半轴长度不同,所以两侧半轴与驱动轮之间的夹角也不相等。左侧半轴与驱动轮的夹角要大于右侧半轴与驱动轮之间的夹角。

    当汽车在急加速时,突然有较大的扭力输入到变速箱,通过降速增扭传递到两侧的驱动半轴。由于两端驱动半轴的长度不一样,半轴与驱动轮的夹角不一样,所以同一时间作用到两侧驱动轮的扭力就不一样,半轴短的一侧车轮获得的扭力比较大,半轴长的一侧车轮获得的扭力比较小。半轴较短一侧车轮的转速要大于半轴较长一侧车轮的转速,方向就会自动跑向半轴较长的一侧。对于大多数前驱车来说,由于右侧的半轴较长,所以汽车通常向右侧跑偏。麦弗逊前悬急加速时,在不等扭力的作用下,前轮外倾角会发生变化,放大了扭力转向。


    造成转向的主控因素是扭矩、而不是驾驶人,因为扭矩输出过大,因此造成车辆“非驾驶人自主性”的转向。前置前驱车型出现扭矩转向的最根本因素就是空间结构决定的不等长半轴的应用,以及由它所带来的半轴刚度、转动惯量以及与地面夹角的差异,这都会影响到扭矩传递。当汽车急加速时车头抬起还会影响车轮外倾角的突变,会进一步加剧扭矩转向。

    开过小钢炮的司机都遇到过这样一个问题。自己一人开车的时候,想在笔直的道路上突然加速,体验一下直线加速带来的快感??墒欠较蚺套芨约航暇?,老往会往一边偏,去检查动平衡和四轮定位也都没有问题。

    其实,扭矩转向也不只是半轴不等长的原因,万向节也有逃不开的关系。前置前驱车型的驱动轴的几何位置与轮轴是不重合的,驱动轴要拐两个小小的弯才能连接车轮。在拐弯的地方,就是由万向节负责连接的。万向节虽然可改变动传递方向,但万向节在改变驱动轴方向的同时被改变方向后的那根传动轴也会产生一定的甩动位移,所以要安装一个抗甩动的支点起稳固作用。

    当万向节前后的驱动轴不成直线的时候,万向节必须靠支点的反作用力把甩动的力转换成扭转的力,但只要万向节的磨擦消耗控制得适宜,万向节的扭力传动效率相当高,尤其在改变传动角度不大的情况,磨擦损耗可能造成的左右扭力差异很小。

    根治扭矩转向问题

    1、 采用左右等长的半轴。右侧传动轴带中间轴,中间轴通过支架固定在发动机上,左右侧传动轴的角度接近相等,以此降低扭矩转向。沃尔沃S40、mini就是采用中间轴设计以缓解扭矩转向的。

    2、 平衡差速器两端左右传动轴刚度。在不影响强度的前提下,适当减小左侧传动轴的直径以降低其刚度。在不影响与周边零件间隙的前提下,适当增加右侧传动轴和中间轴的直径以提升右侧传动轴的刚度。如此左右侧传动轴刚度接近一致,从而减小扭矩转向。对于传动距离更短、动力没那么强的小车,可以使用半轴阻尼块的方式实现力矩的均衡。

    3、 降低变速箱高度。目的是让半轴与地面的夹角尽可能的相同。在不影响离地间隙和布局的情况下,通过适当降低变速箱在前舱的布置高度和调整变速箱的高度,以减小传动半轴与地面的角度差异,从而减轻扭矩转向。在设计方面需要一开始就考虑,基于现有平台的产品很难改动。

    4、 改变悬挂设计,优化外倾角。通用Hiperstrut悬架的转向节上部分多了个节点来连接减振器支柱,减振机构不再是转向主销,而转向轴线向车轮外侧偏移,使得主销偏移距更小,这是它能有效抑制扭矩转向问题的根本原因。较麦弗逊悬架来说,Hiperstrut悬架及整体刚性都得到了提升,这样抗侧倾、前倾的性能也相应得到提升。

    5、 限滑差速器。除了在传动轴上想办法之外,也能用电子技术来弥补,比如高尔夫GTI海外车型就配备了电子差速器锁(XDS),通过多片离合器保证两侧的动力输出更为均衡。

    6、在长半轴上增加一个万向节,使左右半轴完全对称。但是这样做使一根轴变两根轴,还增加了一个万向节和一个车架固定点,成本增加很多。

    以上6种就是各大车厂应对扭矩转向比较常用的手法了。既然前驱车有着扭力转向这一弊病,影响操控,为什么不直接都用后驱形式呢?前驱车在许多方面还是有很大优势的。传动系统和发动机的布置占用空间小,空间利用率高。省去传动轴,成本方面有优势。最重要的是前驱车要比后驱车更好控制。

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