扭力转向

什么是扭力转向?

    前驱车之所以会成为当今量产车的主流,就是因为它最大限度的缩小了机械占用空间,而使乘客拥有最为宽敞的乘坐空间,省去的传动轴也能为制造商们节约不少成本。而且,对于普通驾驶而言,前驱车较后驱车拥有更好的操控性,湿滑路面不易出现打滑现象。

『前驱车的布局最大限度的压缩了机械摆放的空间,将更多的空间留给乘客』

    但凡事总是有利必有弊,当横置发动机的马力变得越来越大时,问题便逐渐显现了。因为FF车的传动轴需要负责转向及动力传递,而又因为变速箱位置的关系,左右传动轴常有一根长一根短的设计,当忽然有较大的扭矩从变速箱输出轴输出到左右两根传动轴时,就会因为力矩不同而造成车辆行进方向的跑偏,这就是所谓的扭力转向。换句话说,造成转向的主控因素是扭力、而不是驾驶人,因为扭力输出过大,因此造成车辆“非驾驶人自主性”的转向。

为什么会产生扭力转向?

    为什么左右不等长的驱动轴会造成传递扭矩不同的结果呢?究其原因,悬架万向节是罪魁祸首。首先,FF车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,拐弯的地方,就由万向节负责连接。万向节虽然可改变动传递方向,但万向节也不是万能的,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,所以要安装一个抗甩动的支点起稳固作用,如果没有支点固定,后端传动轴就会像一个搅拌器一样甩动。当万向节前后的驱动轴不成一直线的时候,万向节必須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況,磨擦损耗可能造成的左右扭力差异非常的小。

『由于连接车轮的半轴需要一定的自由度,所以半轴的几何位置不能与轮轴完全重合』

    当左右传动轴不等长,左右两端万向节传动角度不同时,影响最大的是抗甩动支点的受力大小,这个力直接正比于传动角度的SIN函数,这个函数在角度接近180度附近时对角度变化很敏感。同时,由于这个支点是固定在悬架之上,悬架是有一定的自由度,当汽车进行加速的时候,由于重心后移,车头相对会有少量的抬高,这时,前吸震筒被拉长,传动轴短的一边角度变化较大,在扭力作用下前轮延伸幅度就比较大,而很多FF的汽车的前悬架都是采用麦弗逊形式,吸震筒本身就是前轮的支撑轴,如果前轮延伸就会产生外倾角的变化,外倾角稍有变化就可以改变轮地接触点,这样扭力转向的作用就有可能被放大。

    如果把传动轴改成两端等长,传动角度两边相同,那么这个作用就可以被有效抑制。又如果车轮前伸时不会改变外倾角,那么扭力转向的作用也不至于被过度放大,问题也不会那么严重。简单来说,就是由于在引擎动力输出猛烈增加时,万向节由于角度不同引起不同的传递效率,而正因为引擎动力输出猛烈增加,车速提高,前悬架被拉长,引起外倾角的细小变化,更放大了这个问题,最终就导致了扭力转向的发生。

 现在,问题已经迎刃而解,迈腾半轴的设计目的就是为了防止发生扭力转向时,过大的力矩将半轴折断。而歌诗图的工程师选择将较长的半轴设计成两段,即增加一段中间传动轴,这样便可以让两边半轴的长度相等,削弱扭力转向,这也是现今大多数FF车型采用的设计方式。

『VOLVO S40前轮半轴采用分段式设计,使左右半轴等长』

扭力转向如何避免

    要解决FF车的扭力转向问题,最好就是能将传动轴做成等长,斯巴鲁的左右对称传动系统就是如此,无论前后,左右的驱动轴等长,或者使用精确的双叉臂多连杆悬架,也可以抑制外倾角的变化,最大限度的减轻扭力转向的问题,还可以使用现代的电子控制技术将左右轮的扭力调节得相对一样,也可以大大减低扭力转向的发生。

『斯巴鲁的AWD左右对称全时四驱系统,使左右的驱动轴等长』

    其实,在机械结构布局上,前驱车同样可以做到左右半轴等长,只是工厂在设计之初都是经过权衡考虑的,平时的民用车(跑车为了完美的操控会斤斤计较,做到极致,故不在此范围内)仅仅为了半轴左右等长而修改差速器齿轮箱的布置,后果会影响到发动机位置、形式和发动机舱空间利用的经济性等等,很明显是得不偿失的。
总结:

    以上看来,前驱车由于自身布局特点,扭力转向问题会对操控性产生一定影响,尤其是在大马力增压车型中,要想在急加速时避免扭力转向,保持良好的操控性,不光要有一副出色的悬挂系统,还要拥有一对足够坚固、设计合理的左右驱动轴互相配合,控制车轮达到最佳的行驶效果。这就解释了为什么之前有改装车主在换装更强劲的发动机后而发生半轴断裂的情况,可见驱动轴在前驱车中同样扮演着非常重要的角色。

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