影響汽車側(cè)傾現(xiàn)象的研究與探索

楊立平，劉敏杰

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影響汽車側(cè)傾現(xiàn)象的研究與探索

楊立平，劉敏杰

（北京電子科技職業(yè)學院，北京 100000）

汽車底盤及以下裝置在設計時，都對其抵抗側(cè)傾的能力有所考慮。因此，對其進行研究和分析，對于提高汽車通過彎道時的舒適度均有所幫助。文章主要從構(gòu)成底盤的機構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)特點，及輪胎和輪輞結(jié)構(gòu)與安裝等方面，分析各自對側(cè)傾的影響與控制因素及防范措施。

影響；側(cè)傾；研究；探索

前言

當今汽車的安全性與舒適性的地位同樣重要，其中直接影響安全與舒適性的就是汽車底盤的構(gòu)成、裝配及結(jié)構(gòu)等因素了。經(jīng)過多年的使用、改造及完善，可以說，現(xiàn)在的底盤在各方面都達到了相對完善的水平。然而，構(gòu)成汽車底盤的各種環(huán)節(jié)的相互組作用，是目前影響其舒適度的關鍵所在，也是現(xiàn)代需要認真研究的問題之一。

1 汽車懸架及相關部件對汽車轉(zhuǎn)彎時的側(cè)傾影響

汽車懸架的功能包括對上部重量的支撐，汽車運行時的控制定位功能，承重及通過顛簸路段時的緩沖功能，運動時懸架的位移限制功能等。因此，汽車底盤的主要構(gòu)成如：彈簧、前后橋、拉桿、各種銷子及橡膠墊塊等，對于汽車的側(cè)傾現(xiàn)象都有重要的影響，而且是最為關鍵的影響因素。

1.1 彈簧剛度的影響分析

從防止側(cè)傾這個角度講，彈簧的剛度越大（越硬）其效果會越好。從舒適度角度講，剛度大則舒適性就差（減振效果差）。這個矛盾需要實驗和駕乘者的體驗信息進行優(yōu)化，選擇合適的剛度使其舒適又有很強的防側(cè)傾性能。目前橫向穩(wěn)定桿的作用就是起該作用的。然而，真正解決問題的是在行進當中，根據(jù)實際需要進行調(diào)節(jié)其彈簧剛度的裝置，現(xiàn)在已經(jīng)有一項專利，達到了剛度調(diào)節(jié)的目的。真正解決了剛度大，舒適度差。而剛度小防側(cè)傾效果差的矛盾。

1.2 懸架系統(tǒng)支撐膠墊的影響分析

懸架系統(tǒng)支撐膠墊是把減震器及螺旋彈簧支撐在車身上，以便能夠承受其下傳來的振動和沖擊。為滿足防震性能、操控性能及穩(wěn)定性能，懸架膠墊在結(jié)構(gòu)形式上出現(xiàn)了很多改善情況。

其結(jié)構(gòu)大致可分為兩種類型，其一是輸入整體型；其二是輸入分離型。

輸入整體型結(jié)構(gòu)可同時支撐從螺旋彈簧輸入的載荷及從減震器輸入的載荷。由于垂直方向輸入的載荷較大。因此，從垂直方向的減振上考慮，希望在常用載荷下的彈性特性應軟一些，而在高載荷下其彈性特性應硬一些。實際就是應具有壓縮剪切型限位器的結(jié)構(gòu)，即保證了垂直方向柔軟的舒適度，同時又確保防側(cè)傾效果的高硬度。

輸入分離型結(jié)構(gòu)可分別支撐從減震器傳遞的微小振動，從減震器安裝部位防止回彈緩沖器和螺旋彈簧傳來的較大的振動力，該機構(gòu)可以提高舒適性且降低振動。

1.3 球頭銷的影響分析

通常在獨立懸架系統(tǒng)中，部分前懸架及后懸架采用可自由搖動和滑動的球頭銷。球頭銷的主要功能是實現(xiàn)車輪垂直運動及轉(zhuǎn)向運動的，對于側(cè)傾有一定的影響。球頭銷具體的功能包括：應具備隨車輪運動的擺角；具有消除轉(zhuǎn)向時和操作而產(chǎn)生的不良力矩；配合間隙應合適，不應產(chǎn)生擺動和異響；應具備承受低溫、泥沙、水潮、高溫環(huán)境下的正常使用能力；必須具備高強度、耐久性，以便承受由于顛簸傳過來的沖擊性。

從功能角度講，當其隨著使用時間的加長，各種部件的的老化、配合失調(diào)等，就會加大直線行駛特別是轉(zhuǎn)彎時的側(cè)傾現(xiàn)象。尤其是有些車輛球頭銷本身質(zhì)量或調(diào)教質(zhì)量不高，會更快的對車輛的側(cè)傾產(chǎn)生負面的影響。

球頭銷的結(jié)構(gòu)形式有所不同，在拉伸性的球頭銷廣泛采用半球頭銷和球形構(gòu)建組合而成。為提高強度降低成本，現(xiàn)代采用合成樹脂球窩且具有彈簧作用的結(jié)構(gòu)形式，效果不錯。從結(jié)構(gòu)上說，影響汽車轉(zhuǎn)彎時的側(cè)傾主要是結(jié)構(gòu)本身，當結(jié)構(gòu)設計不合理或使用過程中的損傷等，都會不同程度的降低抗側(cè)傾的能力。

1.4 控制機構(gòu)的影響分析

1.4.1車身高度調(diào)整機構(gòu)的影響

該機構(gòu)的作用是；防止由于承載質(zhì)量的變化而引起車身高度變化；為高速行駛的汽車提高其穩(wěn)定性；在凸凹路面行駛防止拖地現(xiàn)象等。調(diào)整機構(gòu)分為液壓及氣壓兩種形式。

通常車輛高度控制功能包括：自動高度調(diào)整功能；車輛高度選擇功能；車速感應功能。其各自的目標分別為：無論車載質(zhì)量變化與否，車輛的高度始終不變，保證車輪垂直跳躍行程，不發(fā)生托底現(xiàn)象。該功能確保車輛的高度的設定值屬于正常范圍；高度選擇功能有高、正常、低等三種數(shù)值。一般SUV可選擇高位置，以提高車輛的通過能力。當車速較高時，可選擇低位置以便提高其行駛的穩(wěn)定性。該功能是屬于人為的選擇設定；車速感應功能是自動功能，當車速高到設定值時，車輛自動降低高度，以提高高速的穩(wěn)定性，并減小空氣阻力，該功能主要有正常和低位置。

除去高度控制還有阻尼力的調(diào)整機構(gòu)，根據(jù)車輛行駛的路面的路況，減震器活塞的速度工作是有一定范圍的。該范圍是通過優(yōu)化使其達到最佳狀態(tài)。

該機構(gòu)由阻尼力可變減震器、控制器、傳感器及阻尼力轉(zhuǎn)換促動器等構(gòu)成。對車輛的動態(tài)控制主要有側(cè)傾控制、抗沉下點頭控制、抗后傾控制及車速感應控制等。除此之外還包括預測轉(zhuǎn)向時的側(cè)向加速度和加減速時的前后加速度的發(fā)生，阻尼力調(diào)整機構(gòu)增大阻尼力以便抑制車身形態(tài)變化的速度。調(diào)整另一端車身高度的機構(gòu)用于提高抗側(cè)風的能力等，具體功能及實現(xiàn)目標見表1。

表1 阻尼力控制項目與實現(xiàn)目標

1.4.2側(cè)傾剛度調(diào)整機構(gòu)的影響與分析

彈簧剛度調(diào)整在空氣彈簧中是可以實現(xiàn)的，通過調(diào)整高度就可將彈簧的剛度進行相應的調(diào)節(jié)。但如果只是金屬彈簧，則無法調(diào)整其剛度，目前采用橫向穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)剛度的調(diào)節(jié)辦法加以實現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。該機構(gòu)分為機械式和液壓式兩種，但都安裝在穩(wěn)定桿與下臂之間，通過自有滑動或?qū)π谐痰南拗埔詫崿F(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)功能，SUV車普遍應用該種調(diào)節(jié)機構(gòu)。

在實際應用過程中，當橫向穩(wěn)定桿等出現(xiàn)連接配合等問題時，就會使得彈簧組剛度調(diào)節(jié)出現(xiàn)失常，當然抗側(cè)傾能力就會下降。隨著時間的加長，各種彈簧及相關部件的老化、變質(zhì)、松動、變形等也將會使得抗側(cè)傾能力下降。

2 車輪對側(cè)傾現(xiàn)象的影響分析

車輪對于汽車彎道行駛時的側(cè)傾影響有兩個方面有所影響，其一是車輪鋼圈的影響；其二是橡膠輪胎的影響。

2.1 車輪鋼圈對于側(cè)傾的影響分析

不同的鋼圈結(jié)構(gòu)其彈性系數(shù)不一樣，剛性變形越小則抗側(cè)傾能力就越強，但垂直減振效果就相對較差。影響因素有兩個，其一，構(gòu)成鋼圈的材料的影響。輪輞材料越輕其慣性力就越小，相對側(cè)傾力的控制就容易；其次是材料的密度的均勻性也對其有著一定的影響。由于材料密度分布的不均勻性，比如外部密度高，則質(zhì)量就會大，車輛轉(zhuǎn)彎時的離心力就大，必然車輛的側(cè)傾現(xiàn)象就嚴重。

其二，鋼圈結(jié)構(gòu)的影響。車輪輪輞存在其偏置量，即車輪輪輞中心面與輪輻安裝面之間的距離。中心面相對于輪輻安裝面處于車輛內(nèi)側(cè)的車輪稱為內(nèi)偏置；中心面與輪輻安裝面一致時稱為零偏置；中心面相對于輪輻安裝面處于車輛外側(cè)的車輪被稱為外偏置。從車輛轉(zhuǎn)彎時減小離心力的考慮，應該說零偏置和內(nèi)偏置更有利于側(cè)傾現(xiàn)象的控制，因此輪輞安裝位置也是影響側(cè)傾的主要原因。

2.2 輪胎的影響分析

車輛輪胎的對側(cè)傾現(xiàn)象的影響，主要來自于橡膠本身質(zhì)地和花紋等因素。當輪胎的橡膠較硬時，抗側(cè)傾能力就強，但較軟時則抗側(cè)傾現(xiàn)象就差。從垂直減振效果看，軟有利于提高該方向減振效果，但抗側(cè)傾能力較低。硬則有利于坑側(cè)傾能力的提高，但垂直方向的減振效果差。因此，應合理控制橡膠材料的硬度。橡膠材料的密度分布應均勻一致，否則直接影響抗側(cè)傾能力。

總之，提高車輛通過彎道時抗側(cè)傾能力是綜合性的技術，不僅在各種結(jié)構(gòu)上要嚴格設計，還要在各種部件的材料密度上要均勻一致，同時還要嚴格合理控制材料的軟硬度，既保證垂直方向的減振又要保證側(cè)傾能力的提高。只有綜合合理地控制好各項指標，才能使得車輛的側(cè)傾現(xiàn)象得到有效控制。

[1] 自動車工學,鐵道日本社.六月號,p49(2003).

[2] 自動車技術,Vol.43,No.2,p.65(1990).

[3] 日本自動車技術會編（中國汽車工程學會譯）.汽車工程手冊5.北京:北京理工大學出版社.2010.

Research and Exploration on the Influence of Car Rollover

Yang Liping, Liu Minjie

( Beijing Polytechnic, Beijing 100000 )

When automobile chassis and the following devices are designed their ability to resist rollover is considered. Therefore, research and analysis of them will help to improve the comfort of the car through the curve.This paper focuses on the composition and structural characteristics of the chassis, and the structure and installation of the tire and rim to analyze their influence on lateral rollover, control factors and preventive measures.

influence;rollover;research;exploration

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1671-7988(2018)20-193-03

U463.1

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1671-7988(2018)20-193-03

U463.1

楊立平，北京電子科技職業(yè)學院教師。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.071