汽車轉彎時側傾與減小側傾趨勢措施的分析與研究

楊立平，劉敏杰

（北京電子科技職業學院，北京 100016）

前言

現代汽車的懸架和減振，在很大程度上都以減少垂直方向的振動和衰減為主要研究點，同時在效果上和控制上很明顯，達到了預期的目的。特別是在對待不同路面情況中隨機發生的路況，有針對性的采取動態的變化控制，使得汽車的運行更加安全和舒適。

1 當前汽車轉彎時減小側傾的措施

現代汽車的懸架系統中，為確保垂直方向的減振和衰減效果及為改善汽車行駛平順性，特將懸架剛度設計得比較低，其結果就影響了汽車行駛穩定性。尤其是通過彎道時的側傾現象會更加嚴重。為解決上述問題，目前普遍采用橫向穩定桿加以控制，以提高懸架側傾角剛度，減少車身傾角。

1.1 橫向穩定桿的功用

橫向穩定桿的功用是防止車身在轉彎時發生過大的橫向側傾，盡量使車身保持平衡。目的是減少汽車橫向側傾程度和改善平順性。橫向穩定桿實際上是一個橫置的扭桿彈簧，可以看成具有特殊功能的彈性元件。當車身只作垂直運動時，兩側懸架變形相同，橫向穩定桿不起作用。當汽車轉彎時，車身側傾，兩側懸架跳動不一致，外側懸架會壓向穩定桿，穩定桿就會發生扭曲，桿身的彈力會阻止車輪抬起，從而使車身盡量保持平衡，起到橫向穩定的作用。

1.2 橫向穩定桿的材料與形狀

橫向穩定桿是用彈簧鋼制成的扭桿彈簧，形狀呈“U”形，橫置在汽車的前端和后端。桿身的中部，用橡膠襯套與車身或車架鉸接相連，兩端通過側壁端部的橡膠墊或球頭銷與懸架導向臂連接。

1.3 基本原理

如果左右車輪同時上下跳動，即車身只作垂直移動而兩側懸架變形相等時，橫向穩定桿在襯套內自由轉動，橫向穩定桿不起作用。

當兩側懸架變形不等而車身對于路面橫向傾斜時，車架的一側移近彈簧支座，穩定桿的該側末端就相對于車架向上移，而車架的另一側遠離彈簧支座，相應的穩定桿的末端則相對于車架向下移，然而在車身和車架傾斜時，橫向穩定桿的中部對于車架并無相對運動。這樣在車身傾斜時，穩定桿兩邊的縱向部分向不同方向偏轉，于是穩定桿便被扭轉，側臂受彎，起到增加懸架角剛度的作用。

彈性穩定桿所產生的扭轉內力矩就妨礙了懸架彈簧的變形，因而減小了車身的橫向傾斜和橫向角振動。兩端扭桿臂同向跳動時，橫向穩定桿不起作用，當左右車輪反向跳動時，橫向穩定桿中間部分受扭轉。

如果整車側傾角剛度偏低，車身側傾角過大，則應采用橫向穩定桿，以增加整車側傾角剛度。根據需要可以在前后懸架上單獨或同時安裝橫向穩定桿。設計橫向穩定桿時，除了要考慮整車總的側傾角剛度外，還應考慮前后懸架的側傾角剛度之比。通常，應使前懸架的側傾角剛度比后懸架的稍大些。因此，比較多的車型都是在前懸架安裝橫向穩定桿。

2 當前汽車轉彎時減小側傾措施的弊端分析

目前，幾乎所有汽車的懸架都是采用降低彈簧的剛度，以得到垂直減震的舒適度。然而，這樣做勢必要增大汽車轉彎時的側傾趨勢。為減少側傾就采用了上述所說的加裝橫向穩定桿的措施，這樣做只是適當的減小了側傾，特別是當轉彎比較急時，側傾現象則很明顯。另外，由于用材和結構等因素的影響，橫向穩定桿的效果有時也不很理想。

2.1 當前橫向穩定桿常見問題

橫向穩定桿常見問題是底盤異響，其來源是汽車長時間行駛所致。由于汽車隨著使用時間的延長，穩定桿和穩定桿之間的襯套間隙會逐漸增大，汽車在通過不平路面或直線行駛時，會導致穩定桿在襯套內坐上下運動，從而產生噪音（而新車的穩定桿被襯套緊緊的包裹著，不會出現這種情況）。因此，為降低噪音，就應進行更換，這勢必造成使用成本的增加。

2.2 穩定桿特性分析

有時為提高橫向穩定桿的強度，就將其制作的較為粗大，即橫向穩定桿的直徑大，此時其剛度就大，而剛度大的結果是很難發生扭曲，最終的結果是防側傾效果明顯；若將橫向穩定桿制作的比較細，則剛度就小。而剛度小就容易發生扭曲，結果是舒適度好，但防側傾功能就會降低。

這里需要注意的是，如果穩定桿太硬（直徑大），則會造成輪胎無法緊貼地面，如果是驅動輪就會造成輪胎空轉。

因此，從汽車設計角度講，追求運動性能的汽車，穩定桿在設計時候的直徑一般都較大，而追求舒適性的轎車，一般穩定桿設計的直徑較小，但應注意，過小的穩定桿直徑就無法起到防止側傾的目的，這個矛盾在很多設計上都是經過反復驗證，最終選取一個比較合理的直徑，使得汽車的運行狀態到到最佳。

3 對當前橫向穩定桿弊端的改進設想與實施

如何解決懸架彈簧既要軟（舒適的追求），橫向穩定桿也要細一些（舒適度的追求），同時還要提高防側傾的效果。單從現有的兩個部件（懸架彈簧、橫向穩定桿）著手考慮問題，則很難解決。因為，要想將橫拉桿制作的細，就必須用高強度的材料，提高其硬度，勢必要造成成本的上升。如果提高懸架彈簧的剛度，則垂直方向的舒適度就勢必降低。（雖然防側傾效果好）；而從兩者的協調看，懸架彈簧即不能太軟也不能太硬。橫向拉桿也是如此，二者軟硬要協調。這需要很多的實驗和驗證。實際做到隨時都能和實驗一致的效果是很難的。影響因素非常多，比如，材料的協調、路況的復雜程度成都、環境溫度的影響、車速的影響、曲線半徑大小的影響等。

3.1 控制懸架彈簧剛度

根據不同條件下，能夠讓懸架彈簧剛度發生變化是最終有效的方法。為此，可以采用剛性加彈性（橡膠材料）的支撐，對受壓縮的懸架彈簧進行支撐。具體做法是，當汽車左轉時，由于離心力的作用使得汽車左側懸架彈簧被壓縮，而右側懸架彈簧則被拉伸。最終造成整車向左側傾斜，使得駕乘者很不舒服。盡管有橫向穩定桿的作用，但由于轉彎急或速度快等，仍然會有很大的側傾現象。為了防止左側車身的過分被壓縮，此時，剛性加彈性的支撐板，將移動到被壓縮的彈簧側面，并直接支撐起到提高彈簧剛度的作用。注意，支撐的剛度要適中。否則，太硬則車輪與地面的摩擦力會降低，反而會造成輪子的空轉現象；太軟則起不到減少側傾的目的。

3.2 控制車身高度

當汽車以較高的時速進入彎道時，另一個思路是，將車身的重心高度降低，以便使得整體的側傾現象減少。目前的車身高度調整機構分為液壓式和氣壓式兩種。液壓式可分為千斤頂、液壓氣動式和其他方式。液壓氣動與氣壓式又可分為金屬彈簧并用式和無金屬彈簧式兩種。

其中，液壓千斤頂式車身高度調整機構，是通過在各輪上的液壓千斤頂、電機驅動泵、油箱、滑閥及壓力開關構成。通過車身高度選擇開關或車速信號，可以改變車身高度。該機構不適合于自動調整高度，一般是用在SUV提高通過壞路面能力之用。

液壓氣動式車身高度調整機構，主要由液壓缸、氣壓彈簧、阻尼閥等組成，同時兼有懸架彈簧和減震器的功能。調平閥把加壓油輸送給油缸或從其中排出，使得氣壓彈簧的壓力發生變化而達到調整車身高度的目的。

液壓氣動式車身高度調整機構的優勢在于，可以得到較高的壓力而設備的整體卻很緊湊；另外，由于液壓的非壓縮性使高度調整的速度更加迅速。

自動調整車高減震器具有液壓泵裝置、儲液室及蓄壓器的功能，可通過自身的振動進行車高的自動調整。如當乘車人員和裝載質量增加時，車身高度低于設定高度了，液壓泵就將油液從儲油室輸送到高壓油室，以提高缸內壓力而增加反力。當載荷減少時油壓從車高調整閥口回流到儲油室中，缸內壓力降低反力下降，使得車輛保持在一定高度。實際上就是將液壓氣動式車身高度調整功能集中到一個減震器中。

氣壓式車身高度調整機構使用空氣彈簧，該系統構成主要包括：電動機驅動壓縮機、干燥器、車高調整閥、排氣閥及空氣彈簧等。當車身低于標準高度時，壓縮機和車高調整閥開始工作并向空氣彈簧的氣室供氣；當車身高度高于標準高度時，排氣閥和車高調整閥開啟排除空氣。

上述兩種裝置都是，為提高汽車行駛或通過彎道時的穩定性，并且使得氣車的顛簸和側傾現象降低所采取的措施。也是對目前懸架不足的一種完善措施。各種措施的結合使汽車乘坐的舒適性和行駛的順暢性得到了很大的提升。

參考文獻

[1] 中國汽車工程學會組譯,汽車工程手冊5底盤設計篇,北京理工大學出版社,2010.

[2] 魏春元譯.BOSCH汽車工程手冊,北京理工大學出版社,2010.