汽车负荷转移：重要性与研究《多轴汽车》

负荷分配系指汽车在水平路面上满载静状态下的各车轴的负荷分布状况。然而，汽车在外力的作用下，负荷还将发生转移，也就是负荷从一部分车轮转移到另一部分车轮之上，而且部分车轮的负荷增加量等于另一部分车轮的负荷减少量，其总量保持不变。

汽车在侧坡上和转弯时，因受重力和侧向力的作用，左、右侧车轮将发生负荷转移；汽车在纵坡上以及加速或制动时，因受重力以及加速阻力或制动力的作用，前、后部车轮亦将发生负荷转移。

负荷转移，有时是不可忽视的，例如急转弯时，其侧向加速度可使内侧车轮离地，造成100%的负荷转移。因此，汽车设计者必须重视负荷转移这一问题。

本书仅对转弯和制动两种工况下的负荷转移作一研究。

1.转弯时的负荷转移

（1）整车负荷转移量 汽车在转弯时，悬挂质体（车身）在侧倾外力矩M_o的作用下将产生一个横向角位移α，从而使内侧车轮的负荷向外侧车轮转移一个ΔP，由此提供一个反倾力矩M_r=ΔPB，B是当量弹簧中心距。由于M_o=M_r，故整车负荷转移量为

式中 P——悬挂质体负荷（N）；

e_s——整车当量侧倾力矩臂（m），参见本章式（3-75）；

B——整车当量弹簧中心距（m）；

g——重力加速度；

j——侧向加速度（g）。

反倾力矩M_r的大小，不仅和侧倾角α有关，且和横向角刚度C_α有关，亦即M_r=C_αα，因此整车负荷转移量还可由下式表达：

式中 α——车身侧倾角（参见本章第三节）（rad）；

C_α——整车横向角刚度（N·m/rad）；

B——整车当量弹簧中心距（m）。

（2）各车轴的负荷转移量 假设车身为刚体，即车身保持等角侧倾的前提下，借助整车负荷转移量ΔP的表达式（3-56）和式（3-57），可以直接得到各车轴负荷转移量ΔP_i的表达式：

式中 P_i——各轴的轴负荷（N）；

e_si——各轴的侧倾力矩臂（m）；

B_i——各轴的弹簧中心距（m）；

i——车轴序号，i=1，2…n。

式中 C_αi——各轴的横向角刚度（N·m/rad）。

（3）车轮离地的条件 假设式（3-58）中的ΔP_i=P_i/2，便可得到内侧车轮离地的条件，也就是负荷完全转移时的侧向加速度值：

2.制动时的负荷转移

多轴汽车在制动减速度j的作用下，车身将绕中性面上的内心O（纵倾力矩轴线）转过一个β角，从而使各车轴的载荷在静态平衡的基础上发生转移。各轴载荷的增、减决定于该轴所处的位置。由于纵倾轴线位于中性面之上，故在制动时，中性面之前的车轴载荷增加，中性面之后的车轴载荷减少。轴荷增减的数值亦和车轴的位置有关，离中性面越远的车轴，轴荷转移量越大。值得注意的是，中性面之前各车轴载荷的总增量恒等于中性面之后各车轴载荷的总减量。(www.xing528.com)

掌握负荷转移量，不仅有利于总布置设计和总成部件的强度计算，而且还可掌握各部件的运动关系。下面利用图3-5的力学模型来分析多轴汽车的负荷转移。

悬挂质体（车身）在制动减速度的作用下，也就是在制动力矩M_o的作用下，绕内心O（纵倾力矩轴线）转过一个β角，从而各轴悬架弹簧将产生一个变形δf_i。若各轴悬架弹簧的刚度为C_i，那么弹簧变形力，也就是负荷转移量δP_i=C_iδf_i。由于δf_i=（a₁-l_i）tanβ，所以各轴的负荷转移量为

δP_i=C_i（a₁-l_i）tanβ （3-61）

式中 δP_i——各轴负荷转移量（N）；

C_i——各轴悬架刚度（N/cm）；

a₁——中性面至第一轴的距离（cm）；

l_i——各轴至第一轴的距离（cm）；

β——车身纵倾角（°）（参见本章第三节）。

用式（3-61）计算的δP_i值有正有负，正值代表负荷的增量，负值代表负荷的减量。

图3-5 制动时的负荷转移

3.计算示例

某3轴汽车（n=3），悬挂质体负荷P=73500N，中性面的位置a₁=233.05cm，各轴簧心距B=180cm，各轴至第一轴的距离l₁=0，l₂=240cm，l₃=450cm，各轴悬架弹簧线刚度C₁=2550N/cm，C₂=2750N/cm，C₃=2650N/cm，各轴悬架横向角刚度C_α1=206550N·m/rad，C_α2=222750N·m/rad，C_α3=214650N·m/rad，各轴负荷P₁=29051N，P₂=25248N，P₃=19201N。

具体计算：

1）用式（3-56）计算整车横向负荷转移量，设j=0.4g，e_si=1m：

2）用式（3-57）计算整车横向负荷转移量，设车身侧倾角α=2.6°：

3）用式（3-58）计算横向各轴负荷转移量，设j=0.4g，e_si=1m：

4）用式（3-59）计算横向各轴负荷转移量，设车身侧倾角α=2.6°：

5）用式（3-60）计算内轮离地的侧向加速度，取e_s=1m：

6）用式（3-61）计算制动时，各轴负荷的转移量，取β=1.2°：

ΔP₁=2550×（233.05-0）×tan1.2=12448.3N

ΔP₂=2750×（233.05-240）×tan1.2=-400.4N

ΔP₃=2650×（233.05-450）×tan1.2=-12042.8N