穩(wěn)定桿布置對(duì)不足轉(zhuǎn)向分析

梁毅，黃橋

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州545001）

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穩(wěn)定桿布置對(duì)不足轉(zhuǎn)向分析

梁毅，黃橋

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州545001）

摘 要：分析了穩(wěn)定桿布置對(duì)車輛轉(zhuǎn)向特性的影響，針對(duì)穩(wěn)定桿布置不合理造成的過(guò)多轉(zhuǎn)向特性做出了改進(jìn)，通過(guò)建立ADAMS模型，提出了穩(wěn)定桿布置策略，通過(guò)實(shí)車驗(yàn)證了策略的有效性，提高了車輛的不足轉(zhuǎn)向度，提高了整車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:穩(wěn)定桿布置；ADAMS；過(guò)多轉(zhuǎn)向；不足轉(zhuǎn)向

麥弗遜前懸架轉(zhuǎn)向時(shí)伴隨著輪荷轉(zhuǎn)移，外側(cè)車輪輪荷增加，內(nèi)側(cè)車輪輪荷減小，由此引起懸架的壓縮或拉伸，由懸架幾何運(yùn)動(dòng)引起的車輪前束角的變化，將增大或減小整車的轉(zhuǎn)向趨勢(shì)?；谡囖D(zhuǎn)向穩(wěn)定性考慮，一般希望懸架壓縮時(shí)前束減小以減少整車的轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，即車輛有一定不足轉(zhuǎn)向。但容易忽略由穩(wěn)定桿拉力引起車輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，該力矩會(huì)引起附加的轉(zhuǎn)向，若穩(wěn)定桿拉桿布置不合理，將會(huì)減小整車的不足轉(zhuǎn)向，本文以某車型通過(guò)優(yōu)化穩(wěn)定桿拉桿硬點(diǎn)，使整車由過(guò)多轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)變?yōu)椴蛔戕D(zhuǎn)向?yàn)槔?，說(shuō)明穩(wěn)定桿布置的基本要求。

1　穩(wěn)定桿的作用

穩(wěn)定桿是用來(lái)提高懸架側(cè)傾剛度，補(bǔ)充彈簧控制側(cè)傾不足的部分，通過(guò)改變前后懸架側(cè)傾剛度的分配使轉(zhuǎn)向特性（不足轉(zhuǎn)向、過(guò)度轉(zhuǎn)向特性）達(dá)到最佳化，是一種調(diào)節(jié)件。

2　前束變化與轉(zhuǎn)向特性

車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生滑移角，轉(zhuǎn)彎側(cè)向力作用于外側(cè)車輪上，前輪的束角向滑移角縮小的方向變化，后輪的束角向滑移角增大的方向變化，后輪的轉(zhuǎn)彎側(cè)向力比前輪的大，形成繞車輛重心位置的力矩，使車輛具備不足轉(zhuǎn)向特性，提高穩(wěn)定性。

因此前輪上跳時(shí)前束設(shè)計(jì)成0°至弱負(fù)值變化，后輪上跳時(shí)設(shè)計(jì)成弱正前束變化，既能確保車輛良好的直行性能，又能使車輛具有輕微不足轉(zhuǎn)向特性。理想的前束變化為直線，實(shí)際上由于擺臂類零件通過(guò)橡膠襯套安裝在車體上，車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)擺臂受力導(dǎo)致橡膠襯套變形以及其他因素的影響，導(dǎo)致前束變化呈曲線變化，如圖1[1]所示。

圖1　前束變化

3　跳動(dòng)轉(zhuǎn)向與側(cè)傾轉(zhuǎn)向匹配

懸架同向跳動(dòng)（左右車輪同時(shí)上跳或回彈）時(shí)，由于轉(zhuǎn)向幾何運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，前束角會(huì)有輕微變化，稱之為跳動(dòng)轉(zhuǎn)向。懸架反向跳動(dòng)（一側(cè)車輪上跳另一側(cè)車輪回彈）時(shí)，由于轉(zhuǎn)向幾何運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，前束角會(huì)有輕微變化，稱之為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。

麥弗遜前懸架設(shè)計(jì)時(shí)希望懸架的跳動(dòng)轉(zhuǎn)向與側(cè)傾轉(zhuǎn)向相當(dāng)，即穩(wěn)定桿對(duì)前束變化影響較小，也有個(gè)別車型為降低跳動(dòng)轉(zhuǎn)向引起的車輪磨損，降低跳動(dòng)轉(zhuǎn)向變化梯度，通過(guò)調(diào)整穩(wěn)定桿的布置位置，提高側(cè)傾轉(zhuǎn)向，但會(huì)增加減振器的側(cè)向力，不利于減振器的耐久性，對(duì)減振器制造工藝也有較高要求，因此跳動(dòng)轉(zhuǎn)向和側(cè)傾轉(zhuǎn)向需要合理匹配。

4　懸架側(cè)傾剛度匹配

在側(cè)傾中心附近，使側(cè)傾達(dá)到單位角度所必需的側(cè)傾力矩稱為側(cè)傾剛度[1]。整車轉(zhuǎn)向過(guò)程中，車身側(cè)傾度過(guò)大時(shí)會(huì)使駕駛員及乘客缺乏安全感，而側(cè)傾度過(guò)小則影響舒適性。綜合考慮安全感及舒適性，推薦整車側(cè)傾度在（6±0.5）deg/g，如整車高度較大或重心較高，側(cè)傾剛度加大有困難時(shí)可適當(dāng)放寬，但建議不要超過(guò)8 deg/g.

前后懸架側(cè)傾剛度比值對(duì)整車的不足轉(zhuǎn)向有較大影響，前懸架側(cè)傾剛度比大于后懸架側(cè)傾剛度比，不足轉(zhuǎn)向便加強(qiáng)，相反，則為過(guò)度轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，推薦前懸架側(cè)傾剛度比值在55%~65%之間[2]，后懸架安裝穩(wěn)定桿困難或彈簧安裝跨距較小時(shí)可適當(dāng)減小后懸架比例，但建議后懸架側(cè)傾剛度比值不低于30%.

懸架側(cè)傾剛度由整車側(cè)傾度、側(cè)傾剛度前后分配比例共同決定，確定懸架側(cè)傾剛度后即匹配彈簧與穩(wěn)定桿，推薦穩(wěn)定桿對(duì)懸架側(cè)傾剛度貢獻(xiàn)比例為50%±5%.

5　穩(wěn)定桿拉桿連接方式

穩(wěn)定桿拉桿通常連接在下擺臂或減振器上，如圖2、3所示[3]。

圖2　穩(wěn)定桿拉桿連接在減振器上

圖3　穩(wěn)定桿拉桿連接在下擺臂上

5.1穩(wěn)定桿拉桿連接方式優(yōu)、缺點(diǎn)

5.1.1穩(wěn)定桿與擺臂連接的優(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)較為緊湊，占用橫向空間較小，可將縱梁設(shè)計(jì)更寬；

（2）減小減振器受力，提高減振器壽命；

（3）拉桿可設(shè)計(jì)得較短，減小拉桿總成制造成本。

5.1.2穩(wěn)定桿與擺臂連接的缺點(diǎn)

（1）拉桿容易失穩(wěn)，穩(wěn)定桿固定襯套軸向受力較大；

（2）懸架行程受限制；

（3）穩(wěn)定桿效率較低。

5.1.3穩(wěn)定桿與減振器連接的優(yōu)點(diǎn)

（1）穩(wěn)定桿的效率較高

（2）穩(wěn)定桿固定襯套軸向受力較小

5.1.4穩(wěn)定桿與減振器連接的缺點(diǎn)

（1）占用橫向空間較大；

（2）減振器受側(cè)向力大，不利于耐久。

6　布置原則

目前，大部分麥弗遜前懸架穩(wěn)定桿拉桿連接在減振器上，本文主要針對(duì)穩(wěn)定桿拉桿連接減振器方案進(jìn)行研究，穩(wěn)定桿拉桿上點(diǎn)、下點(diǎn)布置時(shí)，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則[4]：

（1）對(duì)前束值影響較小，或轉(zhuǎn)向時(shí)提高不足轉(zhuǎn)向度；

（2）轉(zhuǎn)向時(shí)穩(wěn)定桿端部、固定襯套受力較??；

（3）懸架跳動(dòng)、拉伸及轉(zhuǎn)向時(shí)拉桿上、下球銷不被頂死；

（4）穩(wěn)定桿拉桿與周邊零部件不干涉。

7　穩(wěn)定桿硬點(diǎn)優(yōu)化

以某車型為例，該車前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架、后懸架為雙縱臂整體橋式半獨(dú)立懸架，如圖4、圖5所示。

圖4　前懸架結(jié)構(gòu)形式

圖5　后懸架結(jié)構(gòu)形式

車輛在做穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，整車不足轉(zhuǎn)向度僅有-0.02 deg/g（0.2g側(cè)向加速度下，為過(guò)多轉(zhuǎn)向特性），進(jìn)一步分析該車前懸架跳動(dòng)轉(zhuǎn)向?yàn)?4.1 deg/g，而側(cè)傾轉(zhuǎn)向?yàn)?.1deg/g，跳動(dòng)轉(zhuǎn)向與側(cè)傾轉(zhuǎn)向差異大，主要由于前懸架穩(wěn)定布置不合理引起，通過(guò)優(yōu)化穩(wěn)定桿拉桿硬點(diǎn)，解決整車過(guò)多轉(zhuǎn)向問(wèn)題。

7.1硬點(diǎn)優(yōu)化方案

硬點(diǎn)優(yōu)化方案如表1所示。

表1　硬點(diǎn)優(yōu)化方案

7.2懸架主要特性

通過(guò)ADAMS仿真計(jì)算，得出優(yōu)化前、后整車及懸架的關(guān)鍵性能指標(biāo)，如表2所示。

表2　整車及懸架關(guān)鍵性能指標(biāo)

優(yōu)化后，跳動(dòng)轉(zhuǎn)向與側(cè)傾轉(zhuǎn)向大小相當(dāng)，降低了穩(wěn)定桿對(duì)前束的影響，提高了不足轉(zhuǎn)向度和車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

7.3穩(wěn)定桿端部受力

通過(guò)ADAMS仿真計(jì)算，優(yōu)化后穩(wěn)定桿端部受力明顯減小，尤其是空載、滿載狀態(tài)下轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定桿受力，減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的遲滯及駕駛手感，如表3所示。

表3　穩(wěn)定桿端部受力

8　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化穩(wěn)定桿及拉桿位置，明顯提高整車的不足轉(zhuǎn)向度，且減小轉(zhuǎn)向時(shí)穩(wěn)定桿端部受力，提高整車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向手感，降低減振器的故障率，具有較高的工程參考意義，硬點(diǎn)設(shè)計(jì)前期應(yīng)該進(jìn)行本文中的相關(guān)校核。

參考文獻(xiàn)：

[1]日本自動(dòng)車技術(shù)會(huì).汽車工程手冊(cè)[M].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[2]Thomas.D.Gillespie（美）.車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M].趙六奇，金達(dá)鋒譯，北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]王霄鋒.汽車底盤(pán)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]（德）B.海興，M.埃爾斯.汽車底盤(pán)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

中圖分類號(hào)：U463.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0187-03

收稿日期：2016-01-08

作者簡(jiǎn)介：梁毅（1987-），男，廣西柳州人，本科，工程師，主要研究方向：乘用車懸架系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、乘用車懸架性能分析；黃橋（1982-），男，廣西都安人，本科，工程師，主要研究方向：乘用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、乘用車轉(zhuǎn)向性能分析。

Stabilizer Bar Is Arranged on the Under Steer Analysis

LIANG Yi，HUANG Qiao
（Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545001，China）

Abstract:The effect of the stabilizer bar is arranged on the steering characteristic of the vehicle，stabilizer characteristic for oversteer caused by the irrational arrangement made improvements，establish ADAMS model，proposed placement strategy stabilizer bar，real vehicle to verify the effectiveness of the strategy，improve the understeer of the vehicle，improve the vehicle's steering stability.

Key words:stabilizer bar arrangement；ADAMS；oversteer；understeer