穩定桿布置對不足轉向分析

梁毅，黃橋

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州545001）

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穩定桿布置對不足轉向分析

梁毅，黃橋

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州545001）

摘 要：分析了穩定桿布置對車輛轉向特性的影響，針對穩定桿布置不合理造成的過多轉向特性做出了改進，通過建立ADAMS模型，提出了穩定桿布置策略，通過實車驗證了策略的有效性，提高了車輛的不足轉向度，提高了整車的轉向穩定性。

關鍵詞:穩定桿布置；ADAMS；過多轉向；不足轉向

麥弗遜前懸架轉向時伴隨著輪荷轉移，外側車輪輪荷增加，內側車輪輪荷減小，由此引起懸架的壓縮或拉伸，由懸架幾何運動引起的車輪前束角的變化，將增大或減小整車的轉向趨勢。基于整車轉向穩定性考慮，一般希望懸架壓縮時前束減小以減少整車的轉向趨勢，即車輛有一定不足轉向。但容易忽略由穩定桿拉力引起車輪繞主銷轉動的力矩，該力矩會引起附加的轉向，若穩定桿拉桿布置不合理，將會減小整車的不足轉向，本文以某車型通過優化穩定桿拉桿硬點，使整車由過多轉向轉變為不足轉向為例，說明穩定桿布置的基本要求。

1　穩定桿的作用

穩定桿是用來提高懸架側傾剛度，補充彈簧控制側傾不足的部分，通過改變前后懸架側傾剛度的分配使轉向特性（不足轉向、過度轉向特性）達到最佳化，是一種調節件。

2　前束變化與轉向特性

車輛轉彎時產生滑移角，轉彎側向力作用于外側車輪上，前輪的束角向滑移角縮小的方向變化，后輪的束角向滑移角增大的方向變化，后輪的轉彎側向力比前輪的大，形成繞車輛重心位置的力矩，使車輛具備不足轉向特性，提高穩定性。

因此前輪上跳時前束設計成0°至弱負值變化，后輪上跳時設計成弱正前束變化，既能確保車輛良好的直行性能，又能使車輛具有輕微不足轉向特性。理想的前束變化為直線，實際上由于擺臂類零件通過橡膠襯套安裝在車體上，車輛轉彎時擺臂受力導致橡膠襯套變形以及其他因素的影響，導致前束變化呈曲線變化，如圖1[1]所示。

圖1　前束變化

3　跳動轉向與側傾轉向匹配

懸架同向跳動（左右車輪同時上跳或回彈）時，由于轉向幾何運動不協調，前束角會有輕微變化，稱之為跳動轉向。懸架反向跳動（一側車輪上跳另一側車輪回彈）時，由于轉向幾何運動不協調，前束角會有輕微變化，稱之為側傾轉向。

麥弗遜前懸架設計時希望懸架的跳動轉向與側傾轉向相當，即穩定桿對前束變化影響較小，也有個別車型為降低跳動轉向引起的車輪磨損，降低跳動轉向變化梯度，通過調整穩定桿的布置位置，提高側傾轉向，但會增加減振器的側向力，不利于減振器的耐久性，對減振器制造工藝也有較高要求，因此跳動轉向和側傾轉向需要合理匹配。

4　懸架側傾剛度匹配

在側傾中心附近，使側傾達到單位角度所必需的側傾力矩稱為側傾剛度[1]。整車轉向過程中，車身側傾度過大時會使駕駛員及乘客缺乏安全感，而側傾度過小則影響舒適性。綜合考慮安全感及舒適性，推薦整車側傾度在（6±0.5）deg/g，如整車高度較大或重心較高，側傾剛度加大有困難時可適當放寬，但建議不要超過8 deg/g.

前后懸架側傾剛度比值對整車的不足轉向有較大影響，前懸架側傾剛度比大于后懸架側傾剛度比，不足轉向便加強，相反，則為過度轉向趨勢，推薦前懸架側傾剛度比值在55%~65%之間[2]，后懸架安裝穩定桿困難或彈簧安裝跨距較小時可適當減小后懸架比例，但建議后懸架側傾剛度比值不低于30%.

懸架側傾剛度由整車側傾度、側傾剛度前后分配比例共同決定，確定懸架側傾剛度后即匹配彈簧與穩定桿，推薦穩定桿對懸架側傾剛度貢獻比例為50%±5%.

5　穩定桿拉桿連接方式

穩定桿拉桿通常連接在下擺臂或減振器上，如圖2、3所示[3]。

圖2　穩定桿拉桿連接在減振器上

圖3　穩定桿拉桿連接在下擺臂上

5.1穩定桿拉桿連接方式優、缺點

5.1.1穩定桿與擺臂連接的優點

（1）結構較為緊湊，占用橫向空間較小，可將縱梁設計更寬；

（2）減小減振器受力，提高減振器壽命；

（3）拉桿可設計得較短，減小拉桿總成制造成本。

5.1.2穩定桿與擺臂連接的缺點

（1）拉桿容易失穩，穩定桿固定襯套軸向受力較大；

（2）懸架行程受限制；

（3）穩定桿效率較低。

5.1.3穩定桿與減振器連接的優點

（1）穩定桿的效率較高

（2）穩定桿固定襯套軸向受力較小

5.1.4穩定桿與減振器連接的缺點

（1）占用橫向空間較大；

（2）減振器受側向力大，不利于耐久。

6　布置原則

目前，大部分麥弗遜前懸架穩定桿拉桿連接在減振器上，本文主要針對穩定桿拉桿連接減振器方案進行研究，穩定桿拉桿上點、下點布置時，應遵循以下幾點原則[4]：

（1）對前束值影響較小，或轉向時提高不足轉向度；

（2）轉向時穩定桿端部、固定襯套受力較小；

（3）懸架跳動、拉伸及轉向時拉桿上、下球銷不被頂死；

（4）穩定桿拉桿與周邊零部件不干涉。

7　穩定桿硬點優化

以某車型為例，該車前懸架為麥弗遜式獨立懸架、后懸架為雙縱臂整體橋式半獨立懸架，如圖4、圖5所示。

圖4　前懸架結構形式

圖5　后懸架結構形式

車輛在做穩態回轉試驗時，整車不足轉向度僅有-0.02 deg/g（0.2g側向加速度下，為過多轉向特性），進一步分析該車前懸架跳動轉向為-4.1 deg/g，而側傾轉向為0.1deg/g，跳動轉向與側傾轉向差異大，主要由于前懸架穩定布置不合理引起，通過優化穩定桿拉桿硬點，解決整車過多轉向問題。

7.1硬點優化方案

硬點優化方案如表1所示。

表1　硬點優化方案

7.2懸架主要特性

通過ADAMS仿真計算，得出優化前、后整車及懸架的關鍵性能指標，如表2所示。

表2　整車及懸架關鍵性能指標

優化后，跳動轉向與側傾轉向大小相當，降低了穩定桿對前束的影響，提高了不足轉向度和車輛轉向穩定性。

7.3穩定桿端部受力

通過ADAMS仿真計算，優化后穩定桿端部受力明顯減小，尤其是空載、滿載狀態下轉向時的穩定桿受力，減小轉向系統的遲滯及駕駛手感，如表3所示。

表3　穩定桿端部受力

8　結束語

通過優化穩定桿及拉桿位置，明顯提高整車的不足轉向度，且減小轉向時穩定桿端部受力，提高整車轉向穩定性和轉向手感，降低減振器的故障率，具有較高的工程參考意義，硬點設計前期應該進行本文中的相關校核。

參考文獻：

[1]日本自動車技術會.汽車工程手冊[M].中國汽車工程學會譯.北京：北京理工大學出版社，2010.

[2]Thomas.D.Gillespie（美）.車輛動力學基礎[M].趙六奇，金達鋒譯，北京：清華大學出版社，2006.

[3]王霄鋒.汽車底盤設計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[4]（德）B.海興，M.埃爾斯.汽車底盤手冊[M].北京：機械工業出版社，2012.

中圖分類號：U463.33

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0187-03

收稿日期：2016-01-08

作者簡介：梁毅（1987-），男，廣西柳州人，本科，工程師，主要研究方向：乘用車懸架系統開發、乘用車懸架性能分析；黃橋（1982-），男，廣西都安人，本科，工程師，主要研究方向：乘用車轉向系統開發、乘用車轉向性能分析。

Stabilizer Bar Is Arranged on the Under Steer Analysis

LIANG Yi，HUANG Qiao
（Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545001，China）

Abstract:The effect of the stabilizer bar is arranged on the steering characteristic of the vehicle，stabilizer characteristic for oversteer caused by the irrational arrangement made improvements，establish ADAMS model，proposed placement strategy stabilizer bar，real vehicle to verify the effectiveness of the strategy，improve the understeer of the vehicle，improve the vehicle's steering stability.

Key words:stabilizer bar arrangement；ADAMS；oversteer；understeer