某皮卡操縱穩(wěn)定性改進(jìn)

賈偉偉，陳開超，袁智明

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，合肥 230601）

1 引言

某皮卡車型在開發(fā)時(shí)發(fā)現(xiàn)整車的操縱穩(wěn)定性較差，對(duì)該車主、客觀評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在以下兩點(diǎn)問題：

1）整車的不足轉(zhuǎn)向度較低；

2）整車的車身側(cè)傾度較大。

2 原因分析

2.1 車身側(cè)傾

車身側(cè)傾度均偏大，這與該車采用的懸架形式有很大關(guān)系，其后獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式為斜置單臂式（見圖1）。此懸架的側(cè)傾中心較低，在曲線行駛時(shí)，車輪隨車身一起傾斜的程度比較大，且整車質(zhì)心較高，這使得曲線行駛時(shí)，車身側(cè)傾更明顯了，整車的質(zhì)心與其他車型的對(duì)比（見表2）。

圖1 后獨(dú)立懸架

2.2 不足轉(zhuǎn)向度

整車不足轉(zhuǎn)向度偏小，與很多因素有關(guān)，前后懸架K&C特性、整車質(zhì)量的分布等都會(huì)對(duì)整車不足轉(zhuǎn)向度產(chǎn)生影響。可以通過對(duì)懸架 K&C特性的調(diào)整來改善整車的不足轉(zhuǎn)向特性。

表1 原車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 不同車型的側(cè)傾中心

前束變化對(duì)車輛的直行穩(wěn)定性、車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有很大的影響，是汽車懸架的重要參數(shù)之一。對(duì)懸架平行跳動(dòng)和懸架側(cè)向力受載兩種工況下的前束變化進(jìn)行分析：

懸架平行跳動(dòng)：

圖2 前懸架前束角變化

對(duì)于汽車前輪，車輪上跳時(shí)的前束值多設(shè)計(jì)成零至弱負(fù)前束(-0.5o/50mm)的變化，由圖可以看出，前懸架前束角曲線為單調(diào)變化，且上跳時(shí)朝負(fù)的前束值變化、下落時(shí)朝正的前束值變化，曲線變化趨勢(shì)合理，變化值約為(-0.4o/50mm)。

圖3 后懸架前束角變化

對(duì)于汽車后輪，車輪上跳時(shí)的前束值多設(shè)計(jì)成零至弱負(fù)前束(0.3o/50mm)的變化，與上跳行程相對(duì)應(yīng)的前束變化最好呈直線。由圖可以看出，與上跳條行程相對(duì)應(yīng)的前束角呈直線變化，且上跳時(shí)朝正的前束值變化、下落時(shí)朝正的前束值變化，曲線變化趨勢(shì)合理，變化值約為(0.25o/50mm)。

懸架側(cè)向力受載：

圖4 前懸架右輪前束角變化

可以看出右前輪在受側(cè)向力時(shí)，隨著側(cè)向力的增加，前束值變小，則前懸架趨于增加不足轉(zhuǎn)向度，變化值約為-0.078[deg/KN]。

圖5 后懸架右輪前束角變化

右后輪在受側(cè)向力時(shí)，隨著側(cè)向力的增加，前束值變小，則趨于減小不足轉(zhuǎn)向度，變化值約為-0.054[deg/KN]。可以看出該車受側(cè)向力時(shí)，前懸架有增加不足轉(zhuǎn)向度的趨勢(shì)，而后懸架趨于減小不足轉(zhuǎn)向度，因此這可能會(huì)導(dǎo)致整車不足轉(zhuǎn)向度偏低，這可以通過對(duì)后獨(dú)立懸架襯套剛度的調(diào)整來進(jìn)行改善。

該皮卡采用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)方式，這種驅(qū)動(dòng)方式也會(huì)導(dǎo)致整車不足轉(zhuǎn)向度偏低。

3 改進(jìn)方案

通過以上對(duì)整車操穩(wěn)性能的分析，可以在以下方面進(jìn)一步提高整車的操縱穩(wěn)定性：

（1）調(diào)整后獨(dú)立懸架襯套的剛度來改變后獨(dú)立懸架在受側(cè)向力時(shí)懸架C特性

圖6 后懸架側(cè)向力加載

該車受側(cè)向力時(shí)，后懸架趨于減小不足轉(zhuǎn)向度，這可以通過對(duì)后獨(dú)立懸架襯套剛度的調(diào)整來進(jìn)行改善。

通過對(duì)后獨(dú)立懸架襯套剛度的改變來對(duì)后懸架受側(cè)向力作用時(shí)懸架的C特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)調(diào)整的空間不大，不能從根本上改變后懸架受側(cè)向力作用時(shí)懸架前束的變化趨勢(shì)，剛度的調(diào)節(jié)只能讓變化量變得小一些，且本身變化量不大。因此不對(duì)后獨(dú)立懸架內(nèi)外側(cè)的襯套剛度進(jìn)行調(diào)整。

（2）調(diào)整前懸架襯套的剛度

通過降低襯套 F1的徑向剛度，可以增加前輪受側(cè)向力時(shí)的前束角變化量，從而降低前懸架側(cè)向力系數(shù)，降低前軸的等效側(cè)偏剛度。分析表明，把 F1的徑向剛度降低，可降低前懸架的等效側(cè)偏剛度，同時(shí)又不至于使后懸架其它K&C特性發(fā)生大的改變。

圖7 R-II前懸架

現(xiàn)對(duì)改變 F1徑向剛度后整車主要操穩(wěn)性能進(jìn)行分析，通過分析可以看出：改變 F1襯套剛度后對(duì)提高整車不足轉(zhuǎn)向度是有利的，因此將改變 F1襯套徑向剛度作為性能提升的一個(gè)方面。

（3）合理地搭配前后懸架穩(wěn)定桿

在方案（2）的基礎(chǔ)上可以通過前后懸架穩(wěn)定桿的合理搭配來對(duì)整車側(cè)傾度和不足轉(zhuǎn)向度進(jìn)行調(diào)整。現(xiàn)擬采用加裝后穩(wěn)定桿的辦法來降低車身側(cè)傾度，但是這同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致整車不足轉(zhuǎn)向度降低。因此，綜合考慮，需要對(duì)前懸架穩(wěn)定桿進(jìn)行調(diào)整，從而使得整車側(cè)傾度降低而不足轉(zhuǎn)向度維持現(xiàn)有水平或更高。

圖8 后獨(dú)立懸架穩(wěn)定桿外形及連接方式

圖9 前后懸架穩(wěn)定桿

已經(jīng)獲得后懸架穩(wěn)定桿尺寸及形狀，需要確定穩(wěn)定桿直徑。同時(shí)需要對(duì)前懸架穩(wěn)定桿做出調(diào)整（提高穩(wěn)定桿的利用率或增加穩(wěn)定桿剛度），見圖8。

現(xiàn)通過改變后穩(wěn)定桿直徑及前穩(wěn)定桿的L1來對(duì)R-II整車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行分析：通過分析發(fā)現(xiàn)，改變 L1的大小對(duì)整車不足轉(zhuǎn)向特性影響很小，且實(shí)車結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定桿形狀也很難實(shí)現(xiàn)，因此，不對(duì) L1進(jìn)行調(diào)整。轉(zhuǎn)而探求通過增加穩(wěn)定桿直徑的方法來增加懸架側(cè)傾角剛度，進(jìn)而降低車身側(cè)傾度。前、后穩(wěn)定桿直徑需要在整車操縱穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上獲得。

通過上述分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定以下整改方案：

（1）降低前懸架的襯套的徑向剛度，如圖10；

圖10 前懸架襯套剛度整改

（2）增加前穩(wěn)定桿，結(jié)構(gòu)如圖8，穩(wěn)定桿直徑為φ25mm；

（3）增加后穩(wěn)定桿直徑，直徑由原先的φ28mm增加至φ30mm。

4 結(jié)論

本文對(duì)操縱穩(wěn)定性中的不足轉(zhuǎn)向和車身側(cè)傾的整改進(jìn)行分析，通過分析和驗(yàn)證確定懸架的襯套剛度和穩(wěn)定桿的選型對(duì)操縱穩(wěn)定性有較大的影響。按以上分析的整改措施實(shí)施，重新對(duì)整車進(jìn)行操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，最終整車的試驗(yàn)結(jié)果都能夠滿足整車的設(shè)計(jì)要求。

表3 整改后操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)