重型商用車后懸抗側(cè)傾能力的設(shè)計(jì)計(jì)算

蘇寅寅 朱小蓉 徐 壘

（江淮汽車國(guó)際公司海外汽車研究所，合肥 230601）

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重型商用車后懸抗側(cè)傾能力的設(shè)計(jì)計(jì)算

蘇寅寅 朱小蓉 徐 壘

（江淮汽車國(guó)際公司海外汽車研究所，合肥 230601）

摘 要：重型商用車由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其整車質(zhì)心位置較高，這就要求其有足夠的側(cè)傾角剛度來(lái)滿足車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全性要求。本文根據(jù)出口俄羅斯產(chǎn)品認(rèn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，分析原因，制定優(yōu)化措施，根據(jù)改進(jìn)后車輛后懸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分別計(jì)算出鋼板彈簧及橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度，并分析出整車側(cè)傾能力是否滿足法規(guī)中對(duì)攪拌車的性能要求。

關(guān)鍵詞：重型商用車 橫向穩(wěn)定桿 側(cè)傾角剛度 安全性

引言

某公司出口俄羅斯重型卡車產(chǎn)品在進(jìn)行法規(guī)認(rèn)證的過(guò)程中，需進(jìn)行一系列的操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)，其中一項(xiàng)試驗(yàn)是針對(duì)車輛的抗側(cè)傾能力進(jìn)行的。由于產(chǎn)品初試結(jié)果不甚理想，因此本文針對(duì)此問(wèn)題分析原因，制定改進(jìn)措施，再通過(guò)分析計(jì)算得出車輛能否滿足試驗(yàn)要求。

影響整車側(cè)傾能力的因素有很多，為方便研究計(jì)算，假定以下兩個(gè)條件：

（1）重型商用車車后軸載荷遠(yuǎn)大于前軸，且后軸載荷重心高于前軸，故以后軸是否發(fā)生側(cè)翻作為判定整車行駛穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)；

（2）不予考慮輪胎剛度及其他橡膠件剛度等因素。

1 俄羅斯法規(guī)要求簡(jiǎn)介

根據(jù)俄羅斯法規(guī)GOST R52302-2004要求，公司出口俄羅斯重卡產(chǎn)品需進(jìn)行以下操縱穩(wěn)定性測(cè)試：（1）轉(zhuǎn)彎半徑：R=35m；（2）車速：V≥60km/h；（3）載荷要求：滿載。

試驗(yàn)過(guò)程中，車輛以一定的速度通過(guò)半徑35m的通道。根據(jù)試驗(yàn)情況，逐步增加車速進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)。當(dāng)車輛輪胎離開(kāi)地面、車輛脫離界限或者車速超過(guò)60km/h時(shí)，試驗(yàn)終止。以最終車速為判定標(biāo)準(zhǔn)，車速大于等于60km/h為合格。圖1為試驗(yàn)的示意圖。

圖1 試驗(yàn)示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及改進(jìn)措施

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

公司攪拌車產(chǎn)品初試未能通過(guò)試驗(yàn)。車速為52km/h時(shí)，外側(cè)車輪即已離開(kāi)地面，車輛側(cè)傾角剛度不滿足法規(guī)要求。表1為實(shí)施改進(jìn)前，公司攪拌車后懸參數(shù)的狀態(tài)。

表1 改進(jìn)前車輛后懸參數(shù)的狀態(tài)

2.2 原因及改進(jìn)措施

車輛直線行駛時(shí)，兩側(cè)板簧負(fù)荷相同。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力的作用，內(nèi)外側(cè)板簧負(fù)荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，內(nèi)側(cè)板簧負(fù)荷減小，外側(cè)板簧負(fù)荷增大，板簧所產(chǎn)生的反力成為繼續(xù)側(cè)傾的阻力。如果車輛裝配有穩(wěn)定桿，此時(shí)橫向穩(wěn)定桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，桿身的彈力也成為繼續(xù)側(cè)傾的阻力，二者共同作用之和構(gòu)成后懸的抗側(cè)傾能力。為增加后懸側(cè)傾角剛度，滿足法規(guī)要求，制定改進(jìn)措施：（1）增加后鋼板彈簧剛度，以提高車輛側(cè)傾時(shí)鋼板彈簧所提供的反力；（2）增加后橋橫向穩(wěn)定桿，增加板簧以外的抗側(cè)傾能力。

改進(jìn)后，車輛后懸的主要參數(shù)如表2所示。

表2 改進(jìn)后車輛后懸參數(shù)的狀態(tài)

3 后懸側(cè)傾角剛度計(jì)算

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)前，后懸側(cè)傾角剛度

如圖2所示，車輛側(cè)傾時(shí)，鋼板彈簧繞車輛縱軸中心旋轉(zhuǎn)，此時(shí)鋼板彈簧的側(cè)傾角剛度為：

式（1）中，KS為鋼板彈簧剛度；D為鋼板彈簧中心距。

因此，改進(jìn)前后懸側(cè)傾角剛度

圖2 車輛側(cè)傾示意圖

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)后，后懸側(cè)傾角剛度

（1）后懸側(cè)傾角剛度構(gòu)成。優(yōu)化設(shè)計(jì)后，后懸側(cè)傾角剛度主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：KSR，鋼板彈簧的側(cè)傾角剛度；KR，橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度。于是，有

3.2.2 鋼板彈簧側(cè)傾角剛度

由式（1）可得，

（3）橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度。橫向穩(wěn)定桿形狀如圖3所示。它為圓形實(shí)心截面，直徑為d，力作用在兩端點(diǎn)A、A’。在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，橫向穩(wěn)定桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，在兩端點(diǎn)施加的載荷P大小相等，方向相反，載荷作用點(diǎn)處變形為δ（不考慮橫向穩(wěn)定桿的橡膠襯套變形）。表3則為橫向穩(wěn)定桿的參數(shù)值。

圖3 橫向穩(wěn)定桿

則橫向穩(wěn)定桿的剛度K為：

橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度KR為：

表3 橫向穩(wěn)定桿參數(shù)

穩(wěn)定桿側(cè)傾剛度

穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度

3.2.4 優(yōu)化結(jié)果分析對(duì)比優(yōu)化前后懸側(cè)傾剛度

優(yōu)化后后懸側(cè)傾剛度

優(yōu)化后后懸側(cè)傾剛度相對(duì)提升：

優(yōu)化前后懸側(cè)傾角剛度：

優(yōu)化后后懸側(cè)傾角剛度：

優(yōu)化后后懸側(cè)傾角剛度相對(duì)提升：

可見(jiàn)，優(yōu)化后后懸側(cè)傾角剛度提升效果明顯。

4 試驗(yàn)工況校核

圖4 力學(xué)模型

以上計(jì)算結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)后后懸側(cè)傾角剛度有了大幅度提升。以下將通過(guò)計(jì)算分析來(lái)判定后懸側(cè)傾角剛度能否滿足試驗(yàn)要求。

4.1 力學(xué)模型

為進(jìn)行力學(xué)分析，建立力學(xué)模型，如圖4所示。車輛靜止時(shí)，左右車輪負(fù)荷Wi、W0相等。車輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，由于離心力Fcf的作用，簧上部分繞車輛縱向中心O旋轉(zhuǎn)，重心向外側(cè)傾斜，傾斜角度為。由于離心力及重力的作用，內(nèi)側(cè)車輪負(fù)荷向外側(cè)車輪轉(zhuǎn)移，即內(nèi)側(cè)車輪負(fù)荷Wi減小，外側(cè)車輪負(fù)荷W0增大。由離心力作用引起的轉(zhuǎn)移量為

4.2 車輪負(fù)荷轉(zhuǎn)移量計(jì)算

根據(jù)以上分析結(jié)果可知，車輛在試驗(yàn)條件下是否會(huì)發(fā)生側(cè)翻，可以通過(guò)內(nèi)側(cè)車輪負(fù)荷量來(lái)判定，即內(nèi)側(cè)車輪負(fù)荷大于等于零，則車輪與地面仍有接觸，車輛不會(huì)發(fā)生側(cè)翻；內(nèi)側(cè)車輪負(fù)荷小于零，則車輪與地面脫離接觸，車輛發(fā)生側(cè)翻。

當(dāng)車輛以60km/h時(shí)速，35m為半徑運(yùn)行時(shí)，后懸簧上載荷受到離心力Fcf作用。其中，

此時(shí)簧上載荷處于力矩平衡狀態(tài)：

板簧由于離心力引起的載荷轉(zhuǎn)移量

外側(cè)板簧的壓縮量

整車側(cè)傾角：

重心水平移動(dòng)量：

離心力引起的外側(cè)車輪增量：

重心偏移引起的外側(cè)車輪負(fù)荷增量

外側(cè)車輪負(fù)荷總增量

4.3 小結(jié)

因此，此時(shí)內(nèi)側(cè)車輪仍有負(fù)荷，即車輪與地面之間仍有接觸，車輛不會(huì)發(fā)生側(cè)翻。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。車輛改進(jìn)后重新進(jìn)駐襄樊試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，車速達(dá)到60km/h時(shí)順利通過(guò)試驗(yàn)，證明改進(jìn)措施合理有效，理論分析結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果一致。

5 結(jié)論

本文針對(duì)某公司出口俄羅斯重型攪拌車產(chǎn)品認(rèn)證試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果制定優(yōu)化措施。分別計(jì)算出優(yōu)化后后懸鋼板彈簧側(cè)傾角剛度及橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度，得出后懸總的側(cè)傾角剛度，對(duì)比優(yōu)化前有了較大改進(jìn)。為確定車輛是否能夠滿足要求，根據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力情況，建立力學(xué)模型，分析判定車輛側(cè)傾的指標(biāo)為車輪負(fù)荷轉(zhuǎn)移量是否大于車輪靜態(tài)負(fù)荷。根據(jù)力學(xué)模型及各種參數(shù)計(jì)算試驗(yàn)工況下車輪負(fù)荷轉(zhuǎn)移量，并將其與車輪靜態(tài)負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比，結(jié)論是車輪負(fù)荷轉(zhuǎn)移量小于車輪靜態(tài)負(fù)荷，即車輛在試驗(yàn)工況下不會(huì)發(fā)生側(cè)傾。此外，優(yōu)化設(shè)計(jì)后車輛重新進(jìn)行試驗(yàn)，并通過(guò)了試驗(yàn)，證明了優(yōu)化措施的有效性。

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Design and Calculation of the Heavy Commercial Vehicle Anti Roll Ability

SU Yinyin，ZHU Xiaorong，XU Lei
（overseas automobile research institute， Hefei 230601）

Abstract:Due to the structural characteristics of heavy commercial vehicle， the vehicle mass center position is higher，and it is required to have enough lateral stiffness to meet the safety requirements of vehicle in turn. In this paper according to the problems found in the Russian export product certification process， analyze the causes and formulating the optimization measures， according to the improved vehicle rear suspension structure parameters were calculated stiffness of steel plate spring and a transverse stable rod side angle， analysis of the vehicle roll ability whether meet the laws and regulations of the stirring vehicle performance requirements.

Key words:heavy duty commercial vehicle， lateral stability bar， lateral stiffness， safety