某全驅沙漠車懸架側傾剛度設計研究

趙萍

摘 要：以某4x4全驅沙漠車為研究對象，提出了一種簡化的整車數學模型，建立了整車側傾角與板簧、橫向穩定桿剛度的函數關系，得到懸架側傾角剛度對整車側傾性能的影響。并介紹了橫向穩定桿角剛度計算方法，前后懸架側傾角剛度匹配原則。

關鍵詞：側傾穩定性;側傾角;角剛度;橫向穩定桿

中圖分類號：U463.33 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-76-03

Design and Research on Roll Stiffness of an All-wheel Drive Desert Vehicle Suspension

Zhao Ping

（?Shaanxi Automobile Group Co.， Ltd.，?Shaanxi Xi'an 710200?）

Abstract：?Taking a 4x4 desert car as the research object.?A simplified vehicle model is proposed.?The relationship between the roll angle of the whole vehicle and the roll stiffness of the leaf spring and the stabilizer bar is established.?The influence of the stiffness of the suspension roll angle on the steering stability of the vehicle.?And the calculation method of the angular stability of the transverse stabilizer.?Front and rear suspension roll angle stiffness matching principle.

Keyword：?Roll stability; Roll angle; Angular stiffness; Lateral stabilizer

CLC NO.： U463.33 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-76-03

前言

懸架是現代汽車上的重要組成部分，它把車架與車輪彈性連接起來，用于傳遞車架和車輪之間所有的力和力矩，緩和由路面不平傳遞給車身的沖擊載荷，保證車輛平順行駛。懸架一般由彈性元件、導向機構和減震器組成。橫向穩定桿作為汽車懸架重要組成元件，其主要作用是減少汽車轉彎時的側傾角，從而保證汽車行駛的安全性。橫向穩定桿對懸架側傾角剛度的分配有很大影響，一般要求當側向慣性力等于0.4倍的車重時，貨車車身的側傾角不超過6°-7°。汽車的操縱穩定性要求懸架側傾角剛度較大，而行駛平順性要求偏頻較低，這兩者是矛盾的，解決這個矛盾的有效方法是增加橫向穩定桿。同時為了滿足汽車稍有不足轉向特性的要求，前后懸架的側傾角剛度比值一般取1.4 ～?2.6 范圍內。以某4x4全驅沙漠車為研究對象，該車整車參數如表1：

1 簡化車身側傾模型的建立

該4x4全驅沙漠車為整體式鋼板彈簧懸架，簡化后的車身側傾模型如下圖1所示，側傾力矩T主要由懸掛質心離心力引起的側傾力矩M_Φ1=m_s*a_y*h_s，側傾后懸掛質量重力引起的側傾力矩M_Φ2=m_s*g*h*Φ，根據力矩平衡公式可得：

m_s為簧上質量，h為簧載質心到側傾軸線距離，K_S為彈簧剛度，C_S為懸架側傾角剛度，Φ為懸架側傾角度，

h_s為整車質心高，q為板簧中心距的一半，F_s為側傾角Φ在一側彈簧中引起的彈簧力的增量。

簧載質心到側傾軸線距離h的確定：

由整車布置形式確定前后懸架及車身側傾參數如下表2：

m*a=mr*L，a= mr*L/m=2687mm，，h=442?mm。

該沙漠車為縱置鋼板彈簧懸架，懸架側傾中心R的確定方法為：前后懸架卷耳中心的垂線與其主片片厚中心線的交點連線，該連線與過車輪中心點的垂直線交點。

2 懸架側傾角剛度及側傾角計算

板簧側傾角剛度C_板：

橫向穩定桿角剛度C_橫：

E為橫向穩定桿彈性模量，E=2.06x10⁵N/mm²;I為穩定桿慣性矩，，單位mm³。

為了降低車輛的偏頻，改善車輛行駛平順性，在滿足承載要求下，懸架板簧剛度設計較低，懸架側傾角剛度相應較低。車輛在轉彎時產生較大的車身側傾角，影響行駛平順性，這時需要在不影響整車偏頻情況下，增加橫向穩定桿，增加懸架側傾角剛度，改善行駛平順性。

所設計4x4沙漠車前懸架加裝橫向穩定桿，懸架側傾剛度如下表3：

計算整車在以0.4g離心加速度轉向，車身側傾6°時，懸架側傾角剛度C_s'：

C_s'≤C_板前+C_板后=5276 Nmm/rad

整車懸架可以不增加橫向穩定桿。但為了滿足車身不足轉向特性，可在前懸架增加橫向穩定桿。

該車輛滿載18噸在0.4g側向加速度轉向時，車身側傾角度：

3 結果分析

由上面計算結果可知，前后懸架側傾角剛度比值為0.316，會出現甩尾現象。但滿載整車車身側傾角度為1.67°<6°，為減輕車輛甩尾，具備不足轉向特性，需增大前懸側傾角剛度，增大前橫向穩定桿剛度。優化前，懸架偏頻n_前為1.68，n_后為1.98，懸架靜撓度f_前=88mm，f_后=63mm，滿足前后懸架靜撓度f_前=（0.6-0.8）f_后。

現穩定桿直徑45mm，可增大到55mm，前板簧剛度由327 N/mm增大到371N/mm，后板簧剛度由756 N/mm降到716 N/mm。

優化后的懸架側傾角剛度如下表4所示：

優化后的車身側傾角由1.67°增大到1.99°，有輕微增大，但前后懸架側傾角剛度比值由0.524增加到1.24，整車轉向時具有不足轉向特性，車身擺尾現象明顯降低。

4 結語

通過研究分析，該4x4全驅沙漠車在滿足整車側傾角度

要求條件下，將前懸橫向穩定桿直徑由45mm增加到55mm，前后懸架板簧做適當調整，提升前懸架側傾角剛度，優化后的懸架側傾角剛度分配可有效的提升整車的操縱穩定性。同時后懸架不安裝橫向穩定桿可節省成本，為其它系統的布置預留更多空間。該懸架剛度匹配計算流程的有效建立為后續相關車輛懸架系統的設計提供參考。

參考文獻

[1] 童劍銘，曲金亮. 全承載客車側傾優化及空心穩定桿的應用[J].重型汽車，2018（06）.

[2]?橫向穩定桿_技術條件第一部份：商用車用_JB-T_12794.1-2016.?[S].

[3]?邱衛明.橫向穩定桿剛度對乘用車操縱穩定性的影響研究[J].機電工程，2019（07）.

[4]?王霄鋒，汽車底盤設計[M].清華大學出版社，2010年4月.