汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)傾與減小側(cè)傾趨勢措施的分析與研究

楊立平，劉敏杰

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100016）

前言

現(xiàn)代汽車的懸架和減振，在很大程度上都以減少垂直方向的振動(dòng)和衰減為主要研究點(diǎn)，同時(shí)在效果上和控制上很明顯，達(dá)到了預(yù)期的目的。特別是在對(duì)待不同路面情況中隨機(jī)發(fā)生的路況，有針對(duì)性的采取動(dòng)態(tài)的變化控制，使得汽車的運(yùn)行更加安全和舒適。

1 當(dāng)前汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)減小側(cè)傾的措施

現(xiàn)代汽車的懸架系統(tǒng)中，為確保垂直方向的減振和衰減效果及為改善汽車行駛平順性，特將懸架剛度設(shè)計(jì)得比較低，其結(jié)果就影響了汽車行駛穩(wěn)定性。尤其是通過彎道時(shí)的側(cè)傾現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。為解決上述問題，目前普遍采用橫向穩(wěn)定桿加以控制，以提高懸架側(cè)傾角剛度，減少車身傾角。

1.1 橫向穩(wěn)定桿的功用

橫向穩(wěn)定桿的功用是防止車身在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生過大的橫向側(cè)傾，盡量使車身保持平衡。目的是減少汽車橫向側(cè)傾程度和改善平順性。橫向穩(wěn)定桿實(shí)際上是一個(gè)橫置的扭桿彈簧，可以看成具有特殊功能的彈性元件。當(dāng)車身只作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)懸架變形相同，橫向穩(wěn)定桿不起作用。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身側(cè)傾，兩側(cè)懸架跳動(dòng)不一致，外側(cè)懸架會(huì)壓向穩(wěn)定桿，穩(wěn)定桿就會(huì)發(fā)生扭曲，桿身的彈力會(huì)阻止車輪抬起，從而使車身盡量保持平衡，起到橫向穩(wěn)定的作用。

1.2 橫向穩(wěn)定桿的材料與形狀

橫向穩(wěn)定桿是用彈簧鋼制成的扭桿彈簧，形狀呈“U”形，橫置在汽車的前端和后端。桿身的中部，用橡膠襯套與車身或車架鉸接相連，兩端通過側(cè)壁端部的橡膠墊或球頭銷與懸架導(dǎo)向臂連接。

1.3 基本原理

如果左右車輪同時(shí)上下跳動(dòng)，即車身只作垂直移動(dòng)而兩側(cè)懸架變形相等時(shí)，橫向穩(wěn)定桿在襯套內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向穩(wěn)定桿不起作用。

當(dāng)兩側(cè)懸架變形不等而車身對(duì)于路面橫向傾斜時(shí)，車架的一側(cè)移近彈簧支座，穩(wěn)定桿的該側(cè)末端就相對(duì)于車架向上移，而車架的另一側(cè)遠(yuǎn)離彈簧支座，相應(yīng)的穩(wěn)定桿的末端則相對(duì)于車架向下移，然而在車身和車架傾斜時(shí)，橫向穩(wěn)定桿的中部對(duì)于車架并無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這樣在車身傾斜時(shí)，穩(wěn)定桿兩邊的縱向部分向不同方向偏轉(zhuǎn)，于是穩(wěn)定桿便被扭轉(zhuǎn)，側(cè)臂受彎，起到增加懸架角剛度的作用。

彈性穩(wěn)定桿所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)內(nèi)力矩就妨礙了懸架彈簧的變形，因而減小了車身的橫向傾斜和橫向角振動(dòng)。兩端扭桿臂同向跳動(dòng)時(shí)，橫向穩(wěn)定桿不起作用，當(dāng)左右車輪反向跳動(dòng)時(shí)，橫向穩(wěn)定桿中間部分受扭轉(zhuǎn)。

如果整車側(cè)傾角剛度偏低，車身側(cè)傾角過大，則應(yīng)采用橫向穩(wěn)定桿，以增加整車側(cè)傾角剛度。根據(jù)需要可以在前后懸架上單獨(dú)或同時(shí)安裝橫向穩(wěn)定桿。設(shè)計(jì)橫向穩(wěn)定桿時(shí)，除了要考慮整車總的側(cè)傾角剛度外，還應(yīng)考慮前后懸架的側(cè)傾角剛度之比。通常，應(yīng)使前懸架的側(cè)傾角剛度比后懸架的稍大些。因此，比較多的車型都是在前懸架安裝橫向穩(wěn)定桿。

2 當(dāng)前汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)減小側(cè)傾措施的弊端分析

目前，幾乎所有汽車的懸架都是采用降低彈簧的剛度，以得到垂直減震的舒適度。然而，這樣做勢必要增大汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾趨勢。為減少側(cè)傾就采用了上述所說的加裝橫向穩(wěn)定桿的措施，這樣做只是適當(dāng)?shù)臏p小了側(cè)傾，特別是當(dāng)轉(zhuǎn)彎比較急時(shí)，側(cè)傾現(xiàn)象則很明顯。另外，由于用材和結(jié)構(gòu)等因素的影響，橫向穩(wěn)定桿的效果有時(shí)也不很理想。

2.1 當(dāng)前橫向穩(wěn)定桿常見問題

橫向穩(wěn)定桿常見問題是底盤異響，其來源是汽車長時(shí)間行駛所致。由于汽車隨著使用時(shí)間的延長，穩(wěn)定桿和穩(wěn)定桿之間的襯套間隙會(huì)逐漸增大，汽車在通過不平路面或直線行駛時(shí)，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定桿在襯套內(nèi)坐上下運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生噪音（而新車的穩(wěn)定桿被襯套緊緊的包裹著，不會(huì)出現(xiàn)這種情況）。因此，為降低噪音，就應(yīng)進(jìn)行更換，這勢必造成使用成本的增加。

2.2 穩(wěn)定桿特性分析

有時(shí)為提高橫向穩(wěn)定桿的強(qiáng)度，就將其制作的較為粗大，即橫向穩(wěn)定桿的直徑大，此時(shí)其剛度就大，而剛度大的結(jié)果是很難發(fā)生扭曲，最終的結(jié)果是防側(cè)傾效果明顯；若將橫向穩(wěn)定桿制作的比較細(xì)，則剛度就小。而剛度小就容易發(fā)生扭曲，結(jié)果是舒適度好，但防側(cè)傾功能就會(huì)降低。

這里需要注意的是，如果穩(wěn)定桿太硬（直徑大），則會(huì)造成輪胎無法緊貼地面，如果是驅(qū)動(dòng)輪就會(huì)造成輪胎空轉(zhuǎn)。

因此，從汽車設(shè)計(jì)角度講，追求運(yùn)動(dòng)性能的汽車，穩(wěn)定桿在設(shè)計(jì)時(shí)候的直徑一般都較大，而追求舒適性的轎車，一般穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)的直徑較小，但應(yīng)注意，過小的穩(wěn)定桿直徑就無法起到防止側(cè)傾的目的，這個(gè)矛盾在很多設(shè)計(jì)上都是經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，最終選取一個(gè)比較合理的直徑，使得汽車的運(yùn)行狀態(tài)到到最佳。

3 對(duì)當(dāng)前橫向穩(wěn)定桿弊端的改進(jìn)設(shè)想與實(shí)施

如何解決懸架彈簧既要軟（舒適的追求），橫向穩(wěn)定桿也要細(xì)一些（舒適度的追求），同時(shí)還要提高防側(cè)傾的效果。單從現(xiàn)有的兩個(gè)部件（懸架彈簧、橫向穩(wěn)定桿）著手考慮問題，則很難解決。因?yàn)椋雽M拉桿制作的細(xì)，就必須用高強(qiáng)度的材料，提高其硬度，勢必要造成成本的上升。如果提高懸架彈簧的剛度，則垂直方向的舒適度就勢必降低。（雖然防側(cè)傾效果好）；而從兩者的協(xié)調(diào)看，懸架彈簧即不能太軟也不能太硬。橫向拉桿也是如此，二者軟硬要協(xié)調(diào)。這需要很多的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。實(shí)際做到隨時(shí)都能和實(shí)驗(yàn)一致的效果是很難的。影響因素非常多，比如，材料的協(xié)調(diào)、路況的復(fù)雜程度成都、環(huán)境溫度的影響、車速的影響、曲線半徑大小的影響等。

3.1 控制懸架彈簧剛度

根據(jù)不同條件下，能夠讓懸架彈簧剛度發(fā)生變化是最終有效的方法。為此，可以采用剛性加彈性（橡膠材料）的支撐，對(duì)受壓縮的懸架彈簧進(jìn)行支撐。具體做法是，當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用使得汽車左側(cè)懸架彈簧被壓縮，而右側(cè)懸架彈簧則被拉伸。最終造成整車向左側(cè)傾斜，使得駕乘者很不舒服。盡管有橫向穩(wěn)定桿的作用，但由于轉(zhuǎn)彎急或速度快等，仍然會(huì)有很大的側(cè)傾現(xiàn)象。為了防止左側(cè)車身的過分被壓縮，此時(shí)，剛性加彈性的支撐板，將移動(dòng)到被壓縮的彈簧側(cè)面，并直接支撐起到提高彈簧剛度的作用。注意，支撐的剛度要適中。否則，太硬則車輪與地面的摩擦力會(huì)降低，反而會(huì)造成輪子的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象；太軟則起不到減少側(cè)傾的目的。

3.2 控制車身高度

當(dāng)汽車以較高的時(shí)速進(jìn)入彎道時(shí)，另一個(gè)思路是，將車身的重心高度降低，以便使得整體的側(cè)傾現(xiàn)象減少。目前的車身高度調(diào)整機(jī)構(gòu)分為液壓式和氣壓式兩種。液壓式可分為千斤頂、液壓氣動(dòng)式和其他方式。液壓氣動(dòng)與氣壓式又可分為金屬彈簧并用式和無金屬彈簧式兩種。

其中，液壓千斤頂式車身高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，是通過在各輪上的液壓千斤頂、電機(jī)驅(qū)動(dòng)泵、油箱、滑閥及壓力開關(guān)構(gòu)成。通過車身高度選擇開關(guān)或車速信號(hào)，可以改變車身高度。該機(jī)構(gòu)不適合于自動(dòng)調(diào)整高度，一般是用在SUV提高通過壞路面能力之用。

液壓氣動(dòng)式車身高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，主要由液壓缸、氣壓彈簧、阻尼閥等組成，同時(shí)兼有懸架彈簧和減震器的功能。調(diào)平閥把加壓油輸送給油缸或從其中排出，使得氣壓彈簧的壓力發(fā)生變化而達(dá)到調(diào)整車身高度的目的。

液壓氣動(dòng)式車身高度調(diào)整機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢在于，可以得到較高的壓力而設(shè)備的整體卻很緊湊；另外，由于液壓的非壓縮性使高度調(diào)整的速度更加迅速。

自動(dòng)調(diào)整車高減震器具有液壓泵裝置、儲(chǔ)液室及蓄壓器的功能，可通過自身的振動(dòng)進(jìn)行車高的自動(dòng)調(diào)整。如當(dāng)乘車人員和裝載質(zhì)量增加時(shí)，車身高度低于設(shè)定高度了，液壓泵就將油液從儲(chǔ)油室輸送到高壓油室，以提高缸內(nèi)壓力而增加反力。當(dāng)載荷減少時(shí)油壓從車高調(diào)整閥口回流到儲(chǔ)油室中，缸內(nèi)壓力降低反力下降，使得車輛保持在一定高度。實(shí)際上就是將液壓氣動(dòng)式車身高度調(diào)整功能集中到一個(gè)減震器中。

氣壓式車身高度調(diào)整機(jī)構(gòu)使用空氣彈簧，該系統(tǒng)構(gòu)成主要包括：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、干燥器、車高調(diào)整閥、排氣閥及空氣彈簧等。當(dāng)車身低于標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)，壓縮機(jī)和車高調(diào)整閥開始工作并向空氣彈簧的氣室供氣；當(dāng)車身高度高于標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)，排氣閥和車高調(diào)整閥開啟排除空氣。

上述兩種裝置都是，為提高汽車行駛或通過彎道時(shí)的穩(wěn)定性，并且使得氣車的顛簸和側(cè)傾現(xiàn)象降低所采取的措施。也是對(duì)目前懸架不足的一種完善措施。各種措施的結(jié)合使汽車乘坐的舒適性和行駛的順暢性得到了很大的提升。

參考文獻(xiàn)

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