某电动车急加速跑偏轮胎影响分析

2023-05-09王永卫韩权武

汽车实用技术 2023年8期

王永卫，韩权武

（北京汽车研究总院，北京 101300）

随着新能源电动车的发展，一般有两种开发形式，如全新平台开发和在燃油车基础上进行改制开发。本文车型在油改电车型基础上开发，前悬架为麦弗逊悬架，后悬架为四连杆悬架。传动轴结构左、右不对称布置，由于电动车开发电机输出扭矩大、响应快、在急加速直线行驶中易产生跑偏。为减少结构更改来解决急加速跑偏的代价，分析相关急加速跑偏原因，以最小代价解决急加速跑偏的问题，通过逐项排查急加速跑偏影响因素，发现轮胎附着性能对急加速跑偏有很大影响。

1 急加速跑偏问题分析

本文电动车开发完成后，在急加速（0～80 km/h）阶段存在向右跑偏，但匀速行驶和匀加速行驶时不发生跑偏现象，判断为急加速跑偏，俗称“扭矩转向”。该电动车在燃油车基础上进行改制的电动车，其产生主要原因是开发初期采用不等长驱动半轴设计[1]，存在先天缺陷，在电机动力输出突然猛烈增加时，长短半轴导致两侧驱动轮的扭力不同，车轮的动力突然增加，扭矩分配到左、右侧时不相等，引起左右两轮驱动力不一致，导致转向系统偏离中间位置而出现加速跑偏的现象。

对于不等长驱动轴设计，结构布置上无法进行更改。在不改变结构情况下，排查过程中发现轮胎附着性能、动力控制措施两个因素，对改善急加速跑偏得到有效解决。

1）动力控制措施：即限制开发车辆最大扭矩，在标定数据基础上进行限扭试验，限扭对跑偏结果如下：300 Nm 跑偏明显，260 Nm 有改善，220 Nm改善最佳。限制扭矩对急加速跑偏改善明显，但牺牲动力性，体现不出电动车加速性能，影响市场竞争力，属于不接受状态。

2）轮胎附着性能影响：通过不同品牌轮胎试车，发现某品牌轮胎对急加速跑偏改善明显。原车为A 品牌轮胎，对比轮胎为B 品牌轮胎，B 跑偏轮胎无急加速跑偏现象，直线行驶性稳定。

本文着重研究轮胎附着性能对跑偏影响，计算电机扭矩输出过程中所需地面-轮胎的附着系数。通过六分力测试仪测试急加速下不同轮胎轮荷和驱动力，统计两种轮胎跑偏情况，分析轮胎附着系数稳定性，通过改善轮胎附着系数改善跑偏。

2 电机扭矩与所需轮胎附着系数

2.1 汽车驱动力、前/后轴荷、附着率[2]

2.1.1 汽车驱动力Fx

式中，T为电机输出扭矩；I为主减速比；η为传动系统机械效率；r为车轮滚动半径。

2.1.2 前、后轴荷Fzf、Fzr

在加速过程，前、后轴荷发生转移，即

式中，L为轴距；Lf为质心与前轴的距离；Lr为质心与后轴的距离；h为质心高度；G为整车重量；m为整车质量；a为加速度；Fzf、Fzr分别为前、后轴静载荷。

2.1.3 附着率Cφ

式中，Fz为地面作用在车轮上静载荷的法向反力。

本车型为前轮驱动，通过式（1）—式（4）和表1 参数计算不同加速度前轮轮胎-地面附着率，如表2 所示。

表1 整车相关参数

表2 不同加速度附着率

以上理论计算前轮地面-轮胎极限附着系数，整备+带测试设备+2 人：按照电机最大输出扭矩，理论所需要的附着率Cφ=0.89。前轴荷变化为8 356.4 N，单边轮荷4 178.2 N。单边驱动力3 117.1 N。

前轮驱动汽车，电机在输出最大扭矩过程中，特别是急加速时，轮胎与地面轴荷转移，前轮轴荷小于理论轴荷8 356.4 N，轮胎与地面附着力减少，轮胎出现打滑现象，同时左、右轮扭矩不同，导致一侧轮胎出现打滑现象，引起跑偏，也符合实际开发车出现跑偏现象。

3 急加速跑偏轮胎附着性能测试

3.1 六分力设备及测试说明

六分力车轮测试系统能对各种车辆车轮上的六分力进行精确测量[2]，采集车轮转速，转角位置的加速度信号，同时六分力测试系统能够提供精确的路谱采集功能，测量轮胎翻转力矩、滚动力矩和回正力矩。

策划测试不同两种品牌轮胎参数采集。图1为六分力测试设备布置图。测试方法为在试验跑道上，双手放置方向盘上，方向盘摆到中间位置，缓慢行驶确定车辆直线行驶，若不直线行驶轻微修正方向盘，使得车辆直线行驶，停下；车辆静止状态时，双手离开方向盘后，急踩加速踏板到底，车速达到80 km/h 时标记车辆位置，通过对A、B 不同轮胎测试，在0～80 km/h 急加速情况下采集驱动力、轮荷等动态参数。

图1 六分力测试布置

3.2 动态驱动力、轮荷、附着率数据分析

通过A、B 不同品牌轮胎测试，提取六分力轮荷和驱动力在全加速下关系，A、B 不同品牌轮胎驱动力和轮荷的关系。

3.2.1 驱动力和轮荷分析

在整个加速过程到80 km/h 用时大约7.8 s 左右（图2）。

图2 车辆行驶速度

驱动力和轮荷分析都以左侧轮胎作分析，如图3 所示，0～1.5 s 时间段内，A 品牌轮胎驱动力Fx波动上升，B 品牌轮胎驱动力Fx直线稳定上升。

图3 A、B 品牌轮胎左侧驱动力时序图

A 品牌驱动力在1.8 s 时间内，达到理论计算单边驱动力3 117.1 N 后，在2.2 s 时达到3 551 N，之后水平波动。

B 品牌驱动力在1.3 s 时间内，达到理论计算单边驱动力3 117.1 N 后，在1.5 s 时达到3 692 N，之后水平波动。但B 品牌轮胎受到的驱动力比A品牌受到驱动力大。

图4 为A、B 轮胎轮荷对比，B 品牌轮胎轮荷要比A 品牌平均要大。轮胎与地面急加速轴荷转移，B 品牌轮胎比A 品牌，抗轴荷转移能力比A品牌强，有利于轮胎对地的附着。

图4 A、B 品牌轮胎左侧轮荷时序图

3.2.2 轮胎动态附着率分析

通过式（4）将A、B 品牌时序图转换为轮胎动态附着率关系图如图5 所示。

图5 A、B 轮胎动态附着率

A 品牌轮胎：0～2 s 加速中轮胎附着率是波动上升，表现在轮胎在驱动力下，轮胎附着性能不稳定。

B 品牌轮胎：前段0～1.5 s 附着率为水平直线上升，表现在轮胎在驱动力下，轮胎附着性能稳定，其动态附着率比A 品牌大，在急加速过程中B 品牌轮胎直线行驶更稳定。

3.3 A、B 轮胎跑偏统计分析

Telematics BOX 盒子[4]称为车载智能终端简称T-BOX，作为无线网关，通过4G 远程无线通讯、全球定位系统（Global Positioning System,GPS）卫星定位、加速度传感和控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）通讯等功能，为整车提供远程通讯接口，包括行车数据采集、行驶轨迹记录等服务。

GPS 轨迹分析[5]，按照0～80 km/h 全油门加速，GPS 记录轨迹，测量跑偏量。步骤如下：

1）首先将车沿路面直线行驶，行驶轨迹作为基准轨迹，其后记录加速轨迹。T-BOX 实时采集GPS 信号，记录GPS 时序-位置轨迹数据；

2）nCode 软件环境下调用谷歌地图，加载行驶轨迹文件；

3）在软件里测量终点位置与基准轨迹距离，即为跑偏量见。

对A、B 不同轮胎测试，在0～80 km/h 急加速下统计跑偏情况及跑偏量，如表3 所示。