卫党辉
摘 要：对于乘用车来说，轴荷分配是整车设计中非常重要的一项工作。轴荷分配与整车姿态、前后悬架的垂向刚度、侧倾刚度、上下行程、偏频、轮胎承载力等诸多重要设计元素直接相关，也与乘用车的操纵稳定性、行驶平顺性、制动系统系统匹配等有密切关系。本文作者结合多年工作经验，以某HEV车型为研究对象对轴荷分配进行研究分析。
关键词：乘用车;轴荷分配;整车姿态;操纵稳定性;行驶平顺性
1 轴荷分配定义
轴荷分配是指汽车质量分配到前后轴上的比例，一般以百分比表示，对于乘用车来说轴荷分配通常要计算空载、半载、满载三种载荷状态下的轴荷分配。
2 轴荷分配计算分析
通常在计算轴荷分配时，需要事前确定整车各系统的质量以及质心坐标参数、乘员及其携带行李的质量以及质心坐标、轴距等具体关键设计参数。下文以某HEV车型为例，对轴荷分配计算过程进行分析。
2.1 空载轴荷分配
某HEV车型各系统的质量以及质心坐标参数值如表1所示，
根据表1中的参数值，可得空载时整车的质心坐标计算公式为：
将表1中的数据代入，求得某 HEV车型整车空载时的坐标为（1045.5，-1.7，305.0）。
某HEV车型整车空载状态下的受力情况如图1所示。
Gk1——空载前轴载荷，N;
Gk2——空载后轴载荷，N;
Gk——空载总重，N;
ak——空载时质心距前轴中心线的水平距离，mm;
bk——为质心距后轴中心线的水平距离，mm;
L——轴距，mm。
根据整车空载时的受力图可知：
质心距前轴中心线的水平距离：ak=xk=1045.5mm
质心距后轴中心线的水平距离：bk=L-xk=2620-1045.5=1574.5mm
根据受力平衡，将力Gk、Gk1、Gk2分别对前、后轴取矩，可得前、后轴所受地面作用力计算公式为：
其中，Gk=1873.6×9.8=18361.5N;ak=1045.5mm;bk=1574.5mm。
代入可得：
空载后轴载荷：Gk1=7327.1N，则M1=747.7kg
空载前轴轴荷：Gk2=11034.4N，则M2=1126.0kg
空载时前轴载荷比例：1126.0/1873.6
×100%=60.1%
空载时后轴载荷比例：747.7/1873.6×
100%=39.9%
2.2 半载轴荷分配
半载状态下，各系统的质量和质心位置见表2：
半载状态下，整车的质心坐标为：
将表2中的数据代入半载时质心坐标计算公式，求得某 HEV车型半载时整车的质心坐标为（1095.8，-1.5，316.0）。
质心距前轴中心线的水平距离：ab=xb=1095.8mm
质心距后轴中心线的水平距离：bb=L-xb=2620-1095.8=1524.2mm
根据受力平衡，将力Gb、Gb1、Gb2，分别对前、后轴取矩，可得前、后轴所受地面作用力为：
其中，Gb=Mb×g=2077.6×9.8=20360.7N;ab=1095.8mm;bb=1524.2mm。
代入公式可得
半载前轴载荷：Gb1=11844.9N，则Mb1=1208.7kg
半载后轴轴荷：Gb2=8515.8N，则Mb2=868.9kg
半载时前轴载荷比例：1208.7/2077.6×100%=58.2%
半载时后轴载荷比例：868.9/2077.6×100%=41.8%
2.3 满载轴荷分配
满载时按前排乘坐2人、后排乘坐3人、行李舱按每人携带7Kg的行李计算。根据已经确定的某 HEV车型整车的空载质量，可计算其满载时的总质量为：
人体标准质量按每人68kg计算，则满载时：
前排人体质量：m前排人体=2*68=136kg
后排人体质量：m后排人体=3*68=204kg
行李质量：m后排人体=5*7=35kg
满载时整车质量：Mm=1873.6+136+204+35=2248.6kg
满载时整车的质心坐标为：
公式中，各系统的质量和质心位置见表3：
将表3中的数据代入满载时质心坐标公式，求得某 HEV车型满载状态下的整车质心坐标为（1187.6，-1.4，324.1）。
质心距前轴中心线的水平距离：am=xm=1187.6mm
质心距后轴中心线的水平距离：bm=L-xm=2620-1187.6=1432.4mm
根据受力平衡，将Gm、Gm1、Gm2，分别对前、后轴取矩，可得前、后轴所受地面作用力为：
其中，Gm=Mm×g=2248.6×9.8=22036.5（N）;am=1187.6mm;bm=1432.4mm。
代入可得：
满载前轴载荷：Gm1=12047.3N，则Mm1=1229.3kg
满载后轴轴荷：Gm2=9989.2N，則Mm2=1019.3kg
满载时前轴载荷比例：1229.3/2248.6×100%=54.7%
满载时后轴载荷比例：1019.3/2248.6×100%=45.3%
3 结束语
确定乘用车前后轴荷的关键是首先在整车坐标系下确定整车各系统的质量以及质心坐标，由此可以确定空载状态下的整车质心坐标点;其次是确定整车半载以及满载状态下的乘员及行李的质量及质心坐标;最后依据力矩平衡原理，求得空载、半载、满载三种状态下的前后轴荷以及占比。需要强调的是此种算法除了可以确定前后轴荷之外，还可以确定各种载荷状态下的质心高度，这也是进行整车制动力匹配分析时的重要输入条件之一。
参考文献：
[1]张洪欣.《汽车设计》.（第二版）.北京：机械工业出版社，1989.
[2]刘惟信.《汽车设计》.北京：清华大学出版社，2002.
[3]耶尔森·赖姆帕尔.《汽车底盘基础》.科学普及出版社，1992.