基于电动车平台的轮心主销偏移距对整车性能影响分析

柯为 郑作民, 胡浩炬

摘 要：轮心处的主销偏移距是悬架设计的关键指标之一，在平台化设计过程中的影响尤其重要。本文定性分析轮心处的主销偏置距可能影响工况，再通过多体动力学软件获取准确值。结果表明主销偏置距显著的影响车轮前轮不平衡量或不均匀导致的转向盘抖动，在对开路面加速跑偏，转向轻便性也有影响。

关键词：轮心主销偏移距;多体动力学;转向盘摆振;加速跑偏;转向轻便性

随着电动车平台化的需求增加，前轮定位参数和主销偏移距等关键参数对性能的影响需要厘清，该参数一旦确定将应用于所有的车型。而电动车相对于燃油车具有驱动扭矩大，舒适性要求更高的特点[1]。因此电动车容易出现加速跑偏，平滑路面振动易被驾驶员感知的情况[2]。上述现象都跟轮心处的主销偏置距有重大关系。轮心处的主销偏移距（KP@WC）对整车性能的影响的分析也非常必要。

1 分析的设定

轮心处主销偏移距（KP@WC）和主销偏置距（Scrub radius）是主销在轮心和接地点的两个相关的关键参数，其中轮心处的主销偏移距主要影响驱动，scrub radius影响制动[3]，而二者可以通过主销内倾角和车轮滚动半径进行转化[4]。具体的影响工况如下图1所示。下文只讨论轮心处主销偏移距的影响，并简称为主销偏移距。

1.2 分析的方案设计

主轴长的调整方法有两种：绕整车纵轴旋转或者沿侧向平移主销。绕纵轴旋转会更改悬架的硬点，影响悬架的KC特性，造成多因素影响。因此本次分析采取将轮心点向外和内各移动20mm，其结果如下表2所示，改变主轴长和轮距。该方式会增减轮距，为了剔除轮距的影响将前轴的所有硬点往外和往内移动20mm，其结果如表3所示，其结果只改变轮距，不改变主轴长。将二者方相结合即可判断仅主轴长差别导致的性能差异。

2 各工况的分析结果

2.1 主销偏移距在对开路面车辆急加速时的跑偏影响

当车辆处于对开路面加速时，附着低侧车轮因力矩太大发生打滑而失去附着，车辆将向高附着侧转向。设置左侧车轮附着为0.3，右侧车轮附着为1.0，油门开度1s内从0到30%。表4为对比结果。如果半侧轮距增加20mm，跑偏比增加0.004，而主销偏置距增加0.01，影响比轮距明显得多。

2.2 车轮存在不平衡量时主销偏移距的影响

当车轮存在不平衡量或者轮胎圆度存在误差等情况时，车轮在转动过程中会产生径向的惯性力，该力的频率与轮胎滚动的速度相关。轮胎速度越高，频率越高。当该激励与底盘某一阶频率重合时，会引起共振。如高速转向盘的摆振，高速制动抖动等。

从车轮经悬架传递到转向盘的抖动大小跟传递路径的特性相关，当传递路径衰减能力高或者放大系数小时则受到车轮不平衡量或者制动力矩扰动时的影响就小，则悬架的抗干扰能力高。

本次模拟通过在轮辋设置一块25g的不平衡量，如图2所示。车辆从50km/h加速到150km/h，分析转向盘和驾驶员座椅导轨处的X，Y，Z方向的振动情况。图3为不同主销偏移距的转向盘12点钟Y向振动结果，随着主销偏移距增大，转向盘Y向振动明显增强。图4-图6的结果表明随着主销偏移距增加驾驶员座椅导轨X向振动无明显变化，而Y向高频部分会有所增加但是整体幅值较小，Z向振动在低频和高频部分有所差别，但是差别较小。

2.3 主销偏移距对单轮过坎冲击工况的影响

车辆以30km/h的速度单轮通过30*100的矩形块时，由于左右车轮受到的纵向力不一致，该作用力通过主销偏移距作为力臂传递到转向盘上，因此主销偏移距的变化会导致转向盘上的力矩的变化，结果如表6所示。主销偏移距的影响较轮距的影响明显得多，但是该影响不是线性的。

2.4 主销偏移距对原地转向力和低速转向的影响

车轮转向时由于前轮定位參数的存在，会形成对车身的举升效应。该效应是转向阻力矩的组成部分，而定位参数的综合结果就是主销偏移距的大小。表7是说明轮距越大阻力矩越小，而主销偏移距越长转向阻力矩越大，低速转向的差别比原地转向明显，但整体的影响不大。

3 结论

主销偏移距是悬架设计的关键指标之一，其显著的影响车轮前轮不平衡或不均匀导致的转向盘抖动，影响对开路面加速方向稳定性和转向轻便性。在电动车平台化设计过程中需要关注。

参考文献：

[1]柳杨，刘红领，等.影响汽车跑偏的因素[J].北京：计算机辅助工程，2006（09）.

[2]李胜，林逸.汽车转向轮摆振研究[J].北京：设计·计算·研究，2004.

[3]张洪欣，余卓平.汽车底盘基础[M].北京：科学普及出版社，1992.

[4]陈萌三，余强.汽车动力学[M].北京：清华大学出版社，2009.

作者简介：柯为（1984-），男，湖北大冶人，硕士研究生，工程师，从事车辆动力学方面仿真研究。