影響汽車(chē)側(cè)傾現(xiàn)象的研究與探索

楊立平，劉敏杰

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影響汽車(chē)側(cè)傾現(xiàn)象的研究與探索

楊立平，劉敏杰

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100000）

汽車(chē)底盤(pán)及以下裝置在設(shè)計(jì)時(shí)，都對(duì)其抵抗側(cè)傾的能力有所考慮。因此，對(duì)其進(jìn)行研究和分析，對(duì)于提高汽車(chē)通過(guò)彎道時(shí)的舒適度均有所幫助。文章主要從構(gòu)成底盤(pán)的機(jī)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及輪胎和輪輞結(jié)構(gòu)與安裝等方面，分析各自對(duì)側(cè)傾的影響與控制因素及防范措施。

影響；側(cè)傾；研究；探索

前言

當(dāng)今汽車(chē)的安全性與舒適性的地位同樣重要，其中直接影響安全與舒適性的就是汽車(chē)底盤(pán)的構(gòu)成、裝配及結(jié)構(gòu)等因素了。經(jīng)過(guò)多年的使用、改造及完善，可以說(shuō)，現(xiàn)在的底盤(pán)在各方面都達(dá)到了相對(duì)完善的水平。然而，構(gòu)成汽車(chē)底盤(pán)的各種環(huán)節(jié)的相互組作用，是目前影響其舒適度的關(guān)鍵所在，也是現(xiàn)代需要認(rèn)真研究的問(wèn)題之一。

1 汽車(chē)懸架及相關(guān)部件對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾影響

汽車(chē)懸架的功能包括對(duì)上部重量的支撐，汽車(chē)運(yùn)行時(shí)的控制定位功能，承重及通過(guò)顛簸路段時(shí)的緩沖功能，運(yùn)動(dòng)時(shí)懸架的位移限制功能等。因此，汽車(chē)底盤(pán)的主要構(gòu)成如：彈簧、前后橋、拉桿、各種銷(xiāo)子及橡膠墊塊等，對(duì)于汽車(chē)的側(cè)傾現(xiàn)象都有重要的影響，而且是最為關(guān)鍵的影響因素。

1.1 彈簧剛度的影響分析

從防止側(cè)傾這個(gè)角度講，彈簧的剛度越大（越硬）其效果會(huì)越好。從舒適度角度講，剛度大則舒適性就差（減振效果差）。這個(gè)矛盾需要實(shí)驗(yàn)和駕乘者的體驗(yàn)信息進(jìn)行優(yōu)化，選擇合適的剛度使其舒適又有很強(qiáng)的防側(cè)傾性能。目前橫向穩(wěn)定桿的作用就是起該作用的。然而，真正解決問(wèn)題的是在行進(jìn)當(dāng)中，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)其彈簧剛度的裝置，現(xiàn)在已經(jīng)有一項(xiàng)專(zhuān)利，達(dá)到了剛度調(diào)節(jié)的目的。真正解決了剛度大，舒適度差。而剛度小防側(cè)傾效果差的矛盾。

1.2 懸架系統(tǒng)支撐膠墊的影響分析

懸架系統(tǒng)支撐膠墊是把減震器及螺旋彈簧支撐在車(chē)身上，以便能夠承受其下傳來(lái)的振動(dòng)和沖擊。為滿(mǎn)足防震性能、操控性能及穩(wěn)定性能，懸架膠墊在結(jié)構(gòu)形式上出現(xiàn)了很多改善情況。

其結(jié)構(gòu)大致可分為兩種類(lèi)型，其一是輸入整體型；其二是輸入分離型。

輸入整體型結(jié)構(gòu)可同時(shí)支撐從螺旋彈簧輸入的載荷及從減震器輸入的載荷。由于垂直方向輸入的載荷較大。因此，從垂直方向的減振上考慮，希望在常用載荷下的彈性特性應(yīng)軟一些，而在高載荷下其彈性特性應(yīng)硬一些。實(shí)際就是應(yīng)具有壓縮剪切型限位器的結(jié)構(gòu)，即保證了垂直方向柔軟的舒適度，同時(shí)又確保防側(cè)傾效果的高硬度。

輸入分離型結(jié)構(gòu)可分別支撐從減震器傳遞的微小振動(dòng)，從減震器安裝部位防止回彈緩沖器和螺旋彈簧傳來(lái)的較大的振動(dòng)力，該機(jī)構(gòu)可以提高舒適性且降低振動(dòng)。

1.3 球頭銷(xiāo)的影響分析

通常在獨(dú)立懸架系統(tǒng)中，部分前懸架及后懸架采用可自由搖動(dòng)和滑動(dòng)的球頭銷(xiāo)。球頭銷(xiāo)的主要功能是實(shí)現(xiàn)車(chē)輪垂直運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的，對(duì)于側(cè)傾有一定的影響。球頭銷(xiāo)具體的功能包括：應(yīng)具備隨車(chē)輪運(yùn)動(dòng)的擺角；具有消除轉(zhuǎn)向時(shí)和操作而產(chǎn)生的不良力矩；配合間隙應(yīng)合適，不應(yīng)產(chǎn)生擺動(dòng)和異響；應(yīng)具備承受低溫、泥沙、水潮、高溫環(huán)境下的正常使用能力；必須具備高強(qiáng)度、耐久性，以便承受由于顛簸傳過(guò)來(lái)的沖擊性。

從功能角度講，當(dāng)其隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)，各種部件的的老化、配合失調(diào)等，就會(huì)加大直線行駛特別是轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾現(xiàn)象。尤其是有些車(chē)輛球頭銷(xiāo)本身質(zhì)量或調(diào)教質(zhì)量不高，會(huì)更快的對(duì)車(chē)輛的側(cè)傾產(chǎn)生負(fù)面的影響。

球頭銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)形式有所不同，在拉伸性的球頭銷(xiāo)廣泛采用半球頭銷(xiāo)和球形構(gòu)建組合而成。為提高強(qiáng)度降低成本，現(xiàn)代采用合成樹(shù)脂球窩且具有彈簧作用的結(jié)構(gòu)形式，效果不錯(cuò)。從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，影響汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾主要是結(jié)構(gòu)本身，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或使用過(guò)程中的損傷等，都會(huì)不同程度的降低抗側(cè)傾的能力。

1.4 控制機(jī)構(gòu)的影響分析

1.4.1車(chē)身高度調(diào)整機(jī)構(gòu)的影響

該機(jī)構(gòu)的作用是；防止由于承載質(zhì)量的變化而引起車(chē)身高度變化；為高速行駛的汽車(chē)提高其穩(wěn)定性；在凸凹路面行駛防止拖地現(xiàn)象等。調(diào)整機(jī)構(gòu)分為液壓及氣壓兩種形式。

通常車(chē)輛高度控制功能包括：自動(dòng)高度調(diào)整功能；車(chē)輛高度選擇功能；車(chē)速感應(yīng)功能。其各自的目標(biāo)分別為：無(wú)論車(chē)載質(zhì)量變化與否，車(chē)輛的高度始終不變，保證車(chē)輪垂直跳躍行程，不發(fā)生托底現(xiàn)象。該功能確保車(chē)輛的高度的設(shè)定值屬于正常范圍；高度選擇功能有高、正常、低等三種數(shù)值。一般SUV可選擇高位置，以提高車(chē)輛的通過(guò)能力。當(dāng)車(chē)速較高時(shí)，可選擇低位置以便提高其行駛的穩(wěn)定性。該功能是屬于人為的選擇設(shè)定；車(chē)速感應(yīng)功能是自動(dòng)功能，當(dāng)車(chē)速高到設(shè)定值時(shí)，車(chē)輛自動(dòng)降低高度，以提高高速的穩(wěn)定性，并減小空氣阻力，該功能主要有正常和低位置。

除去高度控制還有阻尼力的調(diào)整機(jī)構(gòu)，根據(jù)車(chē)輛行駛的路面的路況，減震器活塞的速度工作是有一定范圍的。該范圍是通過(guò)優(yōu)化使其達(dá)到最佳狀態(tài)。

該機(jī)構(gòu)由阻尼力可變減震器、控制器、傳感器及阻尼力轉(zhuǎn)換促動(dòng)器等構(gòu)成。對(duì)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)控制主要有側(cè)傾控制、抗沉下點(diǎn)頭控制、抗后傾控制及車(chē)速感應(yīng)控制等。除此之外還包括預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)向加速度和加減速時(shí)的前后加速度的發(fā)生，阻尼力調(diào)整機(jī)構(gòu)增大阻尼力以便抑制車(chē)身形態(tài)變化的速度。調(diào)整另一端車(chē)身高度的機(jī)構(gòu)用于提高抗側(cè)風(fēng)的能力等，具體功能及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 阻尼力控制項(xiàng)目與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

1.4.2側(cè)傾剛度調(diào)整機(jī)構(gòu)的影響與分析

彈簧剛度調(diào)整在空氣彈簧中是可以實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)調(diào)整高度就可將彈簧的剛度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。但如果只是金屬?gòu)椈?，則無(wú)法調(diào)整其剛度，目前采用橫向穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)剛度的調(diào)節(jié)辦法加以實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。該機(jī)構(gòu)分為機(jī)械式和液壓式兩種，但都安裝在穩(wěn)定桿與下臂之間，通過(guò)自有滑動(dòng)或?qū)π谐痰南拗埔詫?shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)功能，SUV車(chē)普遍應(yīng)用該種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)橫向穩(wěn)定桿等出現(xiàn)連接配合等問(wèn)題時(shí)，就會(huì)使得彈簧組剛度調(diào)節(jié)出現(xiàn)失常，當(dāng)然抗側(cè)傾能力就會(huì)下降。隨著時(shí)間的加長(zhǎng)，各種彈簧及相關(guān)部件的老化、變質(zhì)、松動(dòng)、變形等也將會(huì)使得抗側(cè)傾能力下降。

2 車(chē)輪對(duì)側(cè)傾現(xiàn)象的影響分析

車(chē)輪對(duì)于汽車(chē)彎道行駛時(shí)的側(cè)傾影響有兩個(gè)方面有所影響，其一是車(chē)輪鋼圈的影響；其二是橡膠輪胎的影響。

2.1 車(chē)輪鋼圈對(duì)于側(cè)傾的影響分析

不同的鋼圈結(jié)構(gòu)其彈性系數(shù)不一樣，剛性變形越小則抗側(cè)傾能力就越強(qiáng)，但垂直減振效果就相對(duì)較差。影響因素有兩個(gè)，其一，構(gòu)成鋼圈的材料的影響。輪輞材料越輕其慣性力就越小，相對(duì)側(cè)傾力的控制就容易；其次是材料的密度的均勻性也對(duì)其有著一定的影響。由于材料密度分布的不均勻性，比如外部密度高，則質(zhì)量就會(huì)大，車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力就大，必然車(chē)輛的側(cè)傾現(xiàn)象就嚴(yán)重。

其二，鋼圈結(jié)構(gòu)的影響。車(chē)輪輪輞存在其偏置量，即車(chē)輪輪輞中心面與輪輻安裝面之間的距離。中心面相對(duì)于輪輻安裝面處于車(chē)輛內(nèi)側(cè)的車(chē)輪稱(chēng)為內(nèi)偏置；中心面與輪輻安裝面一致時(shí)稱(chēng)為零偏置；中心面相對(duì)于輪輻安裝面處于車(chē)輛外側(cè)的車(chē)輪被稱(chēng)為外偏置。從車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)減小離心力的考慮，應(yīng)該說(shuō)零偏置和內(nèi)偏置更有利于側(cè)傾現(xiàn)象的控制，因此輪輞安裝位置也是影響側(cè)傾的主要原因。

2.2 輪胎的影響分析

車(chē)輛輪胎的對(duì)側(cè)傾現(xiàn)象的影響，主要來(lái)自于橡膠本身質(zhì)地和花紋等因素。當(dāng)輪胎的橡膠較硬時(shí)，抗側(cè)傾能力就強(qiáng)，但較軟時(shí)則抗側(cè)傾現(xiàn)象就差。從垂直減振效果看，軟有利于提高該方向減振效果，但抗側(cè)傾能力較低。硬則有利于坑側(cè)傾能力的提高，但垂直方向的減振效果差。因此，應(yīng)合理控制橡膠材料的硬度。橡膠材料的密度分布應(yīng)均勻一致，否則直接影響抗側(cè)傾能力。

總之，提高車(chē)輛通過(guò)彎道時(shí)抗側(cè)傾能力是綜合性的技術(shù)，不僅在各種結(jié)構(gòu)上要嚴(yán)格設(shè)計(jì)，還要在各種部件的材料密度上要均勻一致，同時(shí)還要嚴(yán)格合理控制材料的軟硬度，既保證垂直方向的減振又要保證側(cè)傾能力的提高。只有綜合合理地控制好各項(xiàng)指標(biāo)，才能使得車(chē)輛的側(cè)傾現(xiàn)象得到有效控制。

[1] 自動(dòng)車(chē)工學(xué),鐵道日本社.六月號(hào),p49(2003).

[2] 自動(dòng)車(chē)技術(shù),Vol.43,No.2,p.65(1990).

[3] 日本自動(dòng)車(chē)技術(shù)會(huì)編（中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)譯）.汽車(chē)工程手冊(cè)5.北京:北京理工大學(xué)出版社.2010.

Research and Exploration on the Influence of Car Rollover

Yang Liping, Liu Minjie

( Beijing Polytechnic, Beijing 100000 )

When automobile chassis and the following devices are designed their ability to resist rollover is considered. Therefore, research and analysis of them will help to improve the comfort of the car through the curve.This paper focuses on the composition and structural characteristics of the chassis, and the structure and installation of the tire and rim to analyze their influence on lateral rollover, control factors and preventive measures.

influence;rollover;research;exploration

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1671-7988(2018)20-193-03

U463.1

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1671-7988(2018)20-193-03

U463.1

楊立平，北京電子科技職業(yè)學(xué)院教師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.071