輕型載貨汽車匹配橫向穩(wěn)定桿探析

王成立

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

為了降低汽車的固有振動(dòng)頻率以改善行駛平順性，現(xiàn)代汽車懸架的垂直剛度值都較小，從而使汽車的側(cè)傾角剛度值也很小，結(jié)果使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大懸架的側(cè)傾角剛度以改善汽車的行駛穩(wěn)定性。乘用車因?yàn)樽⒅伛{乘舒適性，懸架剛度較小，除部分扭力梁結(jié)構(gòu)，一般都已使用穩(wěn)定桿提升側(cè)傾剛度；在載貨汽車方面，穩(wěn)定桿目前應(yīng)用較少。

1 穩(wěn)定桿的主要參數(shù)

以普通U型穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)說(shuō)明其主要參數(shù)。如圖1所示：

圖1 普通穩(wěn)定桿

穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度計(jì)算：

2 側(cè)傾角剛度與車輛穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)的關(guān)系[1]

2.1 側(cè)傾

側(cè)傾要求側(cè)向加速度0.4 g時(shí)，汽車車身的側(cè)傾角不超過(guò)6°（一般可要求處于 2.5°到 5°之間），側(cè)傾剛度過(guò)大或過(guò)小都不行。側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車操縱穩(wěn)定性較差，反之則乘員缺乏側(cè)翻的感覺(jué)。

2.2 不足轉(zhuǎn)向度

2.2.1 車輪

懸架的側(cè)傾角剛度越大，則該橋上發(fā)生的輪荷轉(zhuǎn)移量也就越大，當(dāng)傳遞足夠的側(cè)向力時(shí)，勢(shì)必導(dǎo)致輪胎側(cè)偏角的增大，對(duì)于前橋，側(cè)偏角增大意味著趨于不足轉(zhuǎn)向，對(duì)于后橋則意味著趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向。因此，增加前懸架的側(cè)傾角剛度有利于使汽車趨于不足轉(zhuǎn)向，增加后懸架的側(cè)傾角剛度使汽車趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向，如下圖2所示。

圖2 車輪示意

軸轉(zhuǎn)向[2]：車輛轉(zhuǎn)向時(shí)由橫向加速度引起的鋼板彈簧發(fā)生彎曲變形，前軸和后軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。對(duì)于前軸，軸轉(zhuǎn)向大趨于不足轉(zhuǎn)向；而后軸，軸轉(zhuǎn)向大趨于過(guò)度轉(zhuǎn)向，如下圖3所示。

圖3 軸轉(zhuǎn)向

側(cè)傾角剛度的增加，使車輪側(cè)偏角變化及軸轉(zhuǎn)向變化產(chǎn)生的作用是相反的，匹配過(guò)程需要找尋最優(yōu)值。

穩(wěn)定桿對(duì)于側(cè)傾，并不是穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度越大越好，有研究表明，繼續(xù)增大橫向穩(wěn)定桿剛度，對(duì)減小車身側(cè)傾角的工程意義不大，如圖4所示。

圖4 側(cè)傾角剛度影響

3 計(jì)算整車匹配穩(wěn)定桿的側(cè)傾度[3]

以某卡車車型為例，我們分別計(jì)算四種情況下（無(wú)穩(wěn)定桿、帶前穩(wěn)定桿、帶后穩(wěn)定桿、前后均帶桿）車輛側(cè)傾度和0.4 g側(cè)向加速度的側(cè)傾角。

表1 計(jì)算參數(shù)表

計(jì)算數(shù)據(jù)小結(jié)：

1）側(cè)傾度 φ'的設(shè)計(jì)范圍為（0.7～1.2）（°）/m/s2；

2）計(jì)算得車身側(cè)傾度：前后均帶（最優(yōu)）＜后懸?guī)U＜前懸?guī)U＜不帶桿（最差）。

4 整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)

按照計(jì)算的幾種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，載荷狀態(tài)按計(jì)算表格加載，車輛基本信息表如下所示。

表2 車輛參數(shù)表

試驗(yàn)結(jié)果如下表3所示：

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

1）帶穩(wěn)定桿對(duì)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能有不同程度的提升；對(duì)于穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能不足的車輛可通過(guò)增加穩(wěn)定桿的方式達(dá)成。

2）前后懸均帶穩(wěn)定桿狀態(tài)對(duì)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能最好，后懸?guī)Х€(wěn)定桿次之，前懸?guī)Х€(wěn)定桿穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)效果最小。

3）車身側(cè)傾度：前后均帶＜后懸?guī)U＜前懸?guī)U＜不帶桿，與理論計(jì)算值趨勢(shì)符合。

5 結(jié)語(yǔ)

橫向穩(wěn)定桿，當(dāng)前并未標(biāo)配在輕型載貨汽車上，國(guó)內(nèi)主要幾家商用車制造公司的主銷車型，江鈴凱運(yùn)、順達(dá)前后懸架為多片鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，無(wú)橫向穩(wěn)定桿；重汽豪沃，前后懸架為多片鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，無(wú)橫向穩(wěn)定桿；福田歐馬可S3，前后懸架為多片鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，前后均帶有橫向穩(wěn)定桿。試驗(yàn)表明，通過(guò)增加橫向穩(wěn)定桿來(lái)增加懸架總側(cè)傾剛度，能夠減小穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向時(shí)的車身側(cè)傾角，有利于該項(xiàng)性能的提升。但對(duì)于懸架剛度較大的車輛來(lái)說(shuō)，通過(guò)增加穩(wěn)定桿來(lái)調(diào)整車身側(cè)傾角，其收益不如通過(guò)調(diào)整彈簧剛度來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。