汽車扭力轉向問題的分析與解決

◆文/吉林 孫永昶

一、扭力轉向的介紹

扭力轉向(Torque Steer)是汽車在急加/減速時，方向盤朝單側旋轉，并導致車輛向此側偏斜的現(xiàn)象。主要是由于驅動軸不平衡/發(fā)動機輸出扭矩過大等導致。前置前驅車型的主要表現(xiàn)形式為：起步急加速時，方向盤自動向右偏轉，車輛向右跑偏。倒車加速時，方向盤自動向左偏轉，車輛向左跑偏。產(chǎn)生的具體原因如下。

前置前驅車型多采用橫置發(fā)動機，半軸采用左長右短的設計。當汽車急加速時，突然較大的扭矩輸出到半軸上，由于驅動半軸長度不一，導致左右半軸與輪軸軸線形成的角度不一，同一時間作用到兩側驅動輪的橫向扭力不一樣，從而導致車輪偏轉并導致方向盤朝一側旋轉。圖1所示為扭力轉向現(xiàn)象原理示意圖。

圖1 扭力轉向現(xiàn)象原理示意圖

二、扭力轉向的測量

扭力轉向可以說是前置前驅(橫置發(fā)動機)車型的通病，在未進行開發(fā)調試前，多數(shù)該車型都會伴有不同程度的扭力轉向偏轉。那么，該采取什么樣的方法對此方向盤角度進行測量呢？以下介紹兩種簡單的測量方法。

1.機械繪圖測量法

利用紙膠帶在方向盤上纏繞，并以方向盤中心為基準，利用量角器，使用馬克筆在方向盤上標出對應角度。同時以儀表臺中心位為0°固定標識，并以5°為基礎單位，以90°為偏轉角度的制作最大值。此種方法可以比較直觀地觀察到偏轉的角度與趨勢，但會伴有一定的測量誤差。簡單示意圖如圖2所示。

2.利用Odis等電檢軟件的數(shù)據(jù)流測量法

在此以大眾集團的電檢軟件Odis為例，主要步驟如下：打開Odis→選取相應車型文件→點擊開始鍵→選取003測量值→選取044動力轉向→選取車速、轉向角傳感器角度、轉向力矩等參數(shù)→點擊開始記錄數(shù)據(jù)→結束時以txt文件形式保存。此種方法可以較準確地記錄多組試驗數(shù)據(jù)，記錄精度可達到100ms，形成的txt文件可通過Excel處理，可以形成相應的偏轉曲線，同時也可以添加偏轉力矩、發(fā)動機轉速等多類數(shù)據(jù)。此方法有利于后期的問題展示、數(shù)據(jù)分析及存檔。測量及偏轉曲線示意圖如圖3、圖4所示。

圖2 機械繪圖測量法

三、扭力轉向問題的解決

圖3 Odis軟件測量偏轉角度

圖4 偏轉角度記錄曲線

1.偏轉角度標準：由于是橫置發(fā)動機平臺設計上的問題，想根治此類平臺所有車型的扭力轉向問題，幾乎是不可能的。因為每個車型的扭力轉向偏轉角度不同，所以需要設定合理的偏轉標準，控制偏轉角度，從而保證車輛的操控和安全性。通常此標準的偏轉角度為5°(±2°)以內。需要根據(jù)不同車型的設計要求及產(chǎn)品特點，使用合理的方法，最低成本地將扭力轉向偏轉角度控制在上述標準之內。如圖5所示，開發(fā)階段的車型多會伴有不同程度的扭力轉向現(xiàn)象。

圖5 開發(fā)階段某車型扭力轉向偏轉角度匯總

2.解決方向介紹：從原理上來講，根據(jù)以下計算最大偏斜扭矩的公式，解決扭力轉向問題主要可以從發(fā)動機扭矩、傳動比、半軸角度差上入手，但也可以通過其他方式進行干預。下面我將介紹三種比較常見的解決方法。

(1)從設計上解決問題：可以通過適當降低變速器在機艙的布置高度，以減小左右半軸的角度差，從而減小扭力轉向。也可以左半軸(長軸)采取分段式設計，使原來的左半軸變?yōu)樗街虚g軸+短左半軸，以達到短左半軸與右半軸長度、傾斜角度相同的效果，從而減小扭力轉向。

(2)在發(fā)動機扭矩和其他因素上進行控制：一般來說，在起步時，自動擋車型較手動擋車型更易達到峰值扭矩，所以自動擋車型扭力轉向現(xiàn)象更加明顯。如上述最大偏斜扭矩公式所示，可以通過改變發(fā)動機ECU控制程序，達到適當減低發(fā)動機最大扭矩的效果，從而減少最大偏斜扭矩，緩解扭力轉向現(xiàn)象。如果是因半軸內部形變而導致的扭力轉向，右側半軸可以采取空心軸的結構，在等重的同時增加右側半軸剛度，以減少它的內部形變扭力，從而減少扭力轉向現(xiàn)象。

(3)利用EPS(電動助力)軟件進行補償：以大眾車型為例，多數(shù)EPS軟件都配有TSC拉力補償功能(Torque Steer Compensation)，可以通過該功能，一定程度地減輕扭力轉向現(xiàn)象。具體方法如圖6、圖7所示，需要通過Odis軟件進入0044轉向系統(tǒng)，在006編碼和007匹配中分別激活拉力補償和啟動拉力補償(帶學習值)項目。

圖6 006-編碼中激活拉力補償

圖7 007-匹配中啟動拉力補償(帶學習值)

此種方法，通過幾次簡單直線行駛，進行扭力轉向學習，通過學習，EPS-ECU就會記錄偏轉扭力的數(shù)值。學習后，在起步發(fā)生扭力轉向時，EPS系統(tǒng)的電機會自動施加一個反向偏轉的扭矩，從而阻止方向盤自動旋轉，進而解決扭力轉向問題，保證車輛的直線行駛。該方法只需要改進軟件對車輛的適應性，不需要改變布置結構及更換部件，解決問題成本低，性價比較高。

四、結語

扭力轉向是一種由于動力系統(tǒng)布置不均衡而引起的問題現(xiàn)象，它對車輛的操控和駕駛安全有著一定的負面影響。希望可以通過這篇文章的介紹，讓大家對扭力轉向這一專業(yè)的操控性問題有所了解。同時希望大家對這類專業(yè)問題能有所研究和探索，積極去尋找解決此類問題的新思路和好方法。