扭矩转向与动力成悬置系统设计

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扭矩转向的定义

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尤为明显。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。当车辆发生跑偏时，驾驶员需要对方向盘施加一个矫正力，时间一长会增加驾驶员的操作负担，容易造成驾驶疲劳，影响行车安全。而近年来随着人们生活水平的提高，大功率大扭矩的前驱车越来越普及，扭力转向问题也越来越突出。因此，有必要对扭力转向产生的原因和解决方法进行研究。

有很多车辆系统都会影响转矩转向。包括一些左右配置的不同，比如轮胎构造、胎压、轮胎尺寸、重量分配、传动系统的扭矩偏差以及半轴角度差，但不限于这些因素。半轴角度左右差一度在高加速度的情况下就会造成车辆的转矩转向的性能。更大程度的角度差异会造成更严重的转矩转向。大角度半轴将对将会对车辆造成该方向更大的转向趋势。例如，如果左半轴有一个大角度，车辆在加速时会有向右的转向趋势。此角度差可能是由于使用了不等长的驱动轴或者也可能是在车辆全油门加速时动力总成在车辆坐标系中晃动造成的。

对于使用不等长驱动轴的车辆，动力总成悬置运动就显得尤为重要。理想的，动力总成摇晃运动须最小化，并且不会增加半轴角度的差异进而减小转向力矩的表现。动力总成的摇晃运动可能部分（不是全部的）抵消一些在全油门加速期间驱动轴不等长造成的非对称行为。然而，实际限制很难达到动力总成在正视图内静态位置没有偏差。过度倾斜会造成在路面载荷情况下转向过度，这同样会造成消费者的抱怨。

扭矩转向的发生原理

对于前轮驱动的车辆，发动机扭矩对转向的影响如下。

fSR: 转向齿条力

τKp:主销扭矩

rEA: 有效臂长

μ道路与轮胎间摩擦系数

W车轮动态载荷

rT轮胎动态半径

θ输入输出轴之间的角度

ψ主销轴和垂直轴之间的角度

rKS主销轴偏移距离

如果所有这些参数都是左右对称的，则围绕左主销轴的扭矩绝对值与右主销轴的扭矩绝对值相同。（kp-l=kp-r）因此，转向齿条处的力变为零，不存在扭矩转向。然而，大多数参数都是不对称的，并且围绕左主销轴的扭矩值与右主销轴的扭矩值不同。因此，它会产生扭矩转向效应。

影响扭矩转向的因素

由于上述参数不对称，会发生扭矩转向。下面介绍不对称的原因。

驱动轴角度不对称

一般情况下，如图1所示，变速箱位于车辆的左侧或右侧。变速器齿轮箱的这种非中心位置使左右轴的角度不同，从而导致扭矩转向。

解决这个问题的方法是降低差动齿轮的角度，如图2所示。

另一种解决方案是修改动力传动系的安装角，如图3所示，从而使左角和轴角之间的差异最小化。

另一种解决方法是使用如图4所示的带内轴的等长驱动轴，使差变为零。大多数大功率汽车都采用这种布局。

由于对角扭矩滚动轴，发动机滚动轴被设计为与悬置位置和刚度（图5）相似的轴，用于振动模态解耦。

因此，内等速万向节的下降高度（DOJZ）由发动机的侧倾角（PT ROLL）决定，用于加速。

最后，由于rd left比rd right长，右关节的下降高度比左关节的下降高度大，因此右轴角比左轴角小，如图6所示。它也会导致扭矩转向，也可以通过修改动力传动系的安装角度进行补偿，如图3所示。

结论：

非对称的驱动轴转角和刚度以及非对称的车轮载荷和动力总成悬置等都会影响扭矩转向效果。特别是，尽管初始驱动轴角度是对称设置的，但动力传动系在全加速度下由于对角滚动而产生的倾斜角（w.r.t.y轴）会造成左轴角度和右轴角度之间的差异。最后，它还导致扭矩转向。差速齿轮摩擦具有轴的非对称刚度，质量分布决定了左右轮扭矩的差异。刚度和质量的不对称导致了转矩转向。内外等速万向节产生的二次转矩由于万向节的损耗而不能相互补偿。该扭矩使外接头处的力产生，因此该力可以产生扭矩w.r.t.主销轴，使接头和主销轴之间的偏移主销非对称次级转矩差导致转矩转向。

总之，转向力矩的所有偏移量应设计为最小，车辆的所有参数应对称设计，以防止力矩转向。如果某个参数由于某些约束条件而不能对称设计，则只要各参数的转向力矩得到补偿，其他参数就应该不对称设计。对于这种补偿，应考虑每个参数的转向扭矩相位。非对称质量分布引起的转向力矩响应时间长，在整个加速过程中持续时间长，而非对称轴刚度引起的转向力矩响应时间短，在整个加速过程中持续时间长。例如，可以通过具有类似响应特性的不对称轴角进行补偿。

由于在开发阶段需要考虑很多因素时，而此时车辆参数有很多局限性，后期还可以对以下各项进行了修改：

1、行驶高度降低

2、驱动轴直径修改

-左轴直径：减小

内轴和右轴直径：增加

3、动力传动系安装角度修改

-发动机侧安装高度：增加

-变速器侧安装高度：降低

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首次发布时间：2023-04-14

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