純電動客車橫向穩定桿結構設計與校核分析

竇 聰，郝 恒，聶適存，楊 慶

純電動客車橫向穩定桿結構設計與校核分析

竇 聰，郝 恒，聶適存，楊 慶

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

純電動客車的動力電池多布置在整車頂端，其會導致整車重心升高、抗側傾能力降低，因此，橫向穩定桿的結構設計就尤為重要。文章總結了國內橫向穩定桿的常用結構及布置型式，通過理論計算分析設計結構的可行性，從而為橫向穩定桿的設計與校核提供理論支撐。

純電動客車；橫向穩定桿；結構設計；校核分析

橫向穩定桿又稱防傾桿，是汽車懸架中的一種輔助彈性元件[1]。在車輛轉彎時可防止車身過度傾斜，以提高車輛在不平路面上的行駛穩定性。

隨著商用車的不斷發展，客戶對整車操縱穩定性提出了更高的要求，尤其是商用車需具備較好的抗側傾能力，同時，為了提高乘客的乘坐便捷性，越來越多的純電動客車將動力電池布置在整車頂端，導致整車側傾角會顯著增大。故此款純電動車不僅會增加橫向穩定桿受力程度，而且會增加橫向穩定桿的故障率甚至影響整車的行車安全。

因此，更多的商用車在懸架設計時，會面臨橫向穩定桿結構設計和強度校核的問題，針對以上問題，文章主要介紹了橫向穩定桿的常用結構及理論計算方法，為橫向穩定桿的設計提供了理論指導。

1 橫向穩定桿簡介

1.1 結構與作用

橫向穩定桿常選用彈簧鋼彎制而成，形狀多呈“U”形，橫置在車橋的前端或后端。桿身的中部多通過聚氨酯襯套與車架連接，桿的兩端分別固定在懸架上。

當車輛通過不平整路面時，左右車輪的跳動不一致，致使兩側懸架跳動出現差異，車身發生傾斜，此時的橫向穩定桿會發生扭轉，桿身的彈力會成為車身側傾的阻力，起到橫向穩定的作用。

商用車橫向穩定桿在懸架中的布置方式為聚氨酯襯套連接和橡膠復合襯套連接，考慮到成本及市場資源等問題，更多的懸架布置會選用聚氨酯襯套連接結構，如圖1和圖2所示。

圖1 聚氨酯襯套連接

圖2 橡膠復合襯套連接

1.2 材料選擇及外形

橫向穩定桿材料常選用50CrV彈簧鋼[2]。商用車常用的橫向穩定桿外形有V形結構和U形結構2種類型，其中U形結構應用更為廣泛，如圖3和圖4所示。

圖3 V形結構

圖4 U形結構

2 結構設計與校核分析

某12 m純電動公交客車匹配空氣懸架，整車側傾角要求不大于6°，現需各零部件的空間關系設計并校核橫向穩定桿。

2.1 結構設計

依據整車通道寬度、車架結構及整車轉向機構[3]等因素，確定橫向穩定桿的基本外形，同時在設計校核時，應充分校核以下因素：車橋上下跳動時，橫向穩定桿與車架及推力桿總成的運動間隙不小于15 mm；車橋轉向時，橫向穩定桿與轉向直拉桿的運動間隙不小于15 mm，通過設計校核，此款公交車的前懸架總成匹配結構如圖5所示。

圖5 前空氣懸架設計方案

此前懸架總成采用的橫向穩定桿為U形結構、與車架通過聚氨酯襯套連接[4]，其從制造工藝性及成本方面都相對較優，符合整車經濟性的設計要求。

2.2 扭轉應力計算

在計算扭轉應力時，需知此結構橫向穩定桿的側傾角剛度，不同結構的橫向穩定桿，其側傾角剛度的計算方式略有差異[2]，如圖6、圖7所示。

圖6 橫向穩定桿計算用簡圖

V型結構橫向穩定桿的側傾角剛度的計算公式為

圖7 橫向穩定桿計算用簡圖

U型結構所橫向穩定桿的側傾角剛度計算公式為[5]

側傾角剛度計算其余參數如表1所示。

表1 側傾角剛度計算參數表

物理量取值 材料彈性模量E/MPa2.06×105 截面慣性矩/mm4πd4/64

一般情況下，橫向穩定桿的最大應力發生在截面的內側，其大小與處的圓角有關，因為決定了此處的曲度系數，橫向穩定桿結構及受力如圖8所示。

圖8 橫向穩定桿結構及受力圖

其最大扭轉應力≤700 MPa，具體計算公式為

2.4 彎曲應力計算

截面在彎矩(1)的作用下產生彎曲應力≤1 250 MPa，即

通過以上計算，可知橫向穩定桿是否滿足要求。

2.5 設計案例計算分析

依據2.1小節的設計方案和2.2小節的式（2）可計算出此橫向穩定桿的側傾角剛度，具體的計算參數如圖9所示。

圖9 設計橫向穩定桿尺寸簡圖

依據圖9參數可知，此款橫向穩定桿的側向角剛度為243.2×106Nmm/rad，同時取整車側傾角為6°，可計算出扭轉應為604.5 MPa，彎曲應力為545 MPa。根據以上數據可知，設計的此款橫向穩定桿符合要求。

3 結論

橫向穩定桿的結構設計與校核分析是商用車在懸架匹配中的關鍵部分，本文介紹了商用車用橫向穩定桿的常用連接型式、結構、選材及理論計算方法，并以12 m純電動車前懸的橫向穩定桿設計為案例，應用并驗證了本文的設計和計算方案，為商用車懸架的方案設計及匹配計算提供了理論支撐，更為結構變型車輛提供了更便捷的類比計算依據。

[1] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 劉唯信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001.

[3] 吳長風.輕型載貨車用全鋁車架的設計及驗證[J].汽車實用技術[J].2021,46(18):47-50.

[4] 田萌.多材料結構汽車車身的輕量化設計研究[J].汽車實用技術[J].2021,46(17):134-136.

[5] 萊姆佩爾.懸架元件及底盤力學[M].長春:吉林科學技術出版社,2000.

Structural Design and Check Analysis of Stabilizer Bar for Pure Electric Bus

DOU Cong, HAO Heng, NIE Shicun, YANG Qing

( Shaanxi Handeaxle Company Limited, Xi'an 710201, China )

The power battery of pure electric bus is arranged at the top of the vehicle,which will cause the center of gravity of the vehicle to rise,anti-roll ability to reduce,therefore,the structural design of the transverse stabilizer bar is particularly important.This paper summarizes the common structures and layout types of transverse stabilizer bar in China, and analyzes the feasibility of designing the structure through theoretical calculation, which provides theoretical support for the design of transverse stabilizer bar without check.

Pure electric bus;Stabilizer bar;Structural design;Check analysis

U463.85+9

A

1671-7988(2023)11-116-03

竇聰（1987－），女，碩士，工程師，研究方向為汽車行駛系統車橋開發，E-mail:doucong@tech.handeaxle.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.021