重型商用車后懸抗側傾能力的設計計算

蘇寅寅 朱小蓉 徐 壘

（江淮汽車國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傾能力的設計計算

蘇寅寅 朱小蓉 徐 壘

（江淮汽車國際公司海外汽車研究所，合肥 230601）

摘 要：重型商用車由于其結構特點決定了其整車質心位置較高，這就要求其有足夠的側傾角剛度來滿足車輛在轉彎時的安全性要求。本文根據出口俄羅斯產品認證過程中發現的問題，分析原因，制定優化措施，根據改進后車輛后懸的結構參數，分別計算出鋼板彈簧及橫向穩定桿的側傾角剛度，并分析出整車側傾能力是否滿足法規中對攪拌車的性能要求。

關鍵詞：重型商用車 橫向穩定桿 側傾角剛度 安全性

引言

某公司出口俄羅斯重型卡車產品在進行法規認證的過程中，需進行一系列的操縱穩定性試驗，其中一項試驗是針對車輛的抗側傾能力進行的。由于產品初試結果不甚理想，因此本文針對此問題分析原因，制定改進措施，再通過分析計算得出車輛能否滿足試驗要求。

影響整車側傾能力的因素有很多，為方便研究計算，假定以下兩個條件：

（1）重型商用車車后軸載荷遠大于前軸，且后軸載荷重心高于前軸，故以后軸是否發生側翻作為判定整車行駛穩定性的標準；

（2）不予考慮輪胎剛度及其他橡膠件剛度等因素。

1 俄羅斯法規要求簡介

根據俄羅斯法規GOST R52302-2004要求，公司出口俄羅斯重卡產品需進行以下操縱穩定性測試：（1）轉彎半徑：R=35m；（2）車速：V≥60km/h；（3）載荷要求：滿載。

試驗過程中，車輛以一定的速度通過半徑35m的通道。根據試驗情況，逐步增加車速進行循環試驗。當車輛輪胎離開地面、車輛脫離界限或者車速超過60km/h時，試驗終止。以最終車速為判定標準，車速大于等于60km/h為合格。圖1為試驗的示意圖。

圖1 試驗示意圖

2 試驗結果及改進措施

2.1 試驗結果

公司攪拌車產品初試未能通過試驗。車速為52km/h時，外側車輪即已離開地面，車輛側傾角剛度不滿足法規要求。表1為實施改進前，公司攪拌車后懸參數的狀態。

表1 改進前車輛后懸參數的狀態

2.2 原因及改進措施

車輛直線行駛時，兩側板簧負荷相同。車輛轉彎時，由于離心力的作用，內外側板簧負荷發生轉移，內側板簧負荷減小，外側板簧負荷增大，板簧所產生的反力成為繼續側傾的阻力。如果車輛裝配有穩定桿，此時橫向穩定桿發生扭轉，桿身的彈力也成為繼續側傾的阻力，二者共同作用之和構成后懸的抗側傾能力。為增加后懸側傾角剛度，滿足法規要求，制定改進措施：（1）增加后鋼板彈簧剛度，以提高車輛側傾時鋼板彈簧所提供的反力；（2）增加后橋橫向穩定桿，增加板簧以外的抗側傾能力。

改進后，車輛后懸的主要參數如表2所示。

表2 改進后車輛后懸參數的狀態

3 后懸側傾角剛度計算

3.1 優化設計前，后懸側傾角剛度

如圖2所示，車輛側傾時，鋼板彈簧繞車輛縱軸中心旋轉，此時鋼板彈簧的側傾角剛度為：

式（1）中，KS為鋼板彈簧剛度；D為鋼板彈簧中心距。

因此，改進前后懸側傾角剛度

圖2 車輛側傾示意圖

3.2 優化設計后，后懸側傾角剛度

（1）后懸側傾角剛度構成。優化設計后，后懸側傾角剛度主要由兩個部分構成：KSR，鋼板彈簧的側傾角剛度；KR，橫向穩定桿的側傾角剛度。于是，有

3.2.2 鋼板彈簧側傾角剛度

由式（1）可得，

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

圖3 橫向穩定桿

則橫向穩定桿的剛度K為：

橫向穩定桿側傾角剛度KR為：

表3 橫向穩定桿參數

穩定桿側傾剛度

穩定桿側傾角剛度

3.2.4 優化結果分析對比優化前后懸側傾剛度

優化后后懸側傾剛度

優化后后懸側傾剛度相對提升：

優化前后懸側傾角剛度：

優化后后懸側傾角剛度：

優化后后懸側傾角剛度相對提升：

可見，優化后后懸側傾角剛度提升效果明顯。

4 試驗工況校核

圖4 力學模型

以上計算結果表明，優化設計后后懸側傾角剛度有了大幅度提升。以下將通過計算分析來判定后懸側傾角剛度能否滿足試驗要求。

4.1 力學模型

為進行力學分析，建立力學模型，如圖4所示。車輛靜止時，左右車輪負荷Wi、W0相等。車輛轉彎過程中，由于離心力Fcf的作用，簧上部分繞車輛縱向中心O旋轉，重心向外側傾斜，傾斜角度為。由于離心力及重力的作用，內側車輪負荷向外側車輪轉移，即內側車輪負荷Wi減小，外側車輪負荷W0增大。由離心力作用引起的轉移量為

4.2 車輪負荷轉移量計算

根據以上分析結果可知，車輛在試驗條件下是否會發生側翻，可以通過內側車輪負荷量來判定，即內側車輪負荷大于等于零，則車輪與地面仍有接觸，車輛不會發生側翻；內側車輪負荷小于零，則車輪與地面脫離接觸，車輛發生側翻。

當車輛以60km/h時速，35m為半徑運行時，后懸簧上載荷受到離心力Fcf作用。其中，

此時簧上載荷處于力矩平衡狀態：

板簧由于離心力引起的載荷轉移量

外側板簧的壓縮量

整車側傾角：

重心水平移動量：

離心力引起的外側車輪增量：

重心偏移引起的外側車輪負荷增量

外側車輪負荷總增量

4.3 小結

因此，此時內側車輪仍有負荷，即車輪與地面之間仍有接觸，車輛不會發生側翻。

（2）試驗結果。車輛改進后重新進駐襄樊試驗場進行試驗，車速達到60km/h時順利通過試驗，證明改進措施合理有效，理論分析結果與試驗驗證結果一致。

5 結論

本文針對某公司出口俄羅斯重型攪拌車產品認證試驗結果進行分析，根據分析結果制定優化措施。分別計算出優化后后懸鋼板彈簧側傾角剛度及橫向穩定桿側傾角剛度，得出后懸總的側傾角剛度，對比優化前有了較大改進。為確定車輛是否能夠滿足要求，根據車輛轉彎時的受力情況，建立力學模型，分析判定車輛側傾的指標為車輪負荷轉移量是否大于車輪靜態負荷。根據力學模型及各種參數計算試驗工況下車輪負荷轉移量，并將其與車輪靜態負荷進行對比，結論是車輪負荷轉移量小于車輪靜態負荷，即車輛在試驗工況下不會發生側傾。此外，優化設計后車輛重新進行試驗，并通過了試驗，證明了優化措施的有效性。

參考文獻

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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