基于前橫向穩定桿的K&C性能研究

張紅　胡斌　李政

摘 要：文章基于前橫向穩定桿在整車的功能，分別對車輛在不安裝前橫向穩定桿和安裝前橫向穩定桿兩個狀態下進行了K&C性能試驗，研究了前橫向穩定桿對懸架K&C性能的影響。對比試驗結果表明，前橫向穩定桿對車輛前懸架側傾剛度、側傾工況懸架剛度、側傾中心變化梯度和輪距變化梯度影響較大，對側傾中心高、前束角梯度和外傾角梯度影響較小。

關鍵詞：橫向穩定桿 K&C性能 側傾工況 對比試驗

1 引言

橫向穩定桿的作用是提高懸架側傾剛度，影響懸架K&C性能，即懸架幾何運動學與彈性運動學特性，在車輛轉彎時降低車身側傾，從而提高車輛的操縱穩定性和安全性，對于整車無論是轉彎性能還是直線性能都具有決定性影響[1]。基于此，筆者運用K&C對比試驗的方法，研究了車輛前橫向穩定桿對懸架K&C性能的影響。

2 懸架側傾角剛度對左右側車輪垂直載荷影響

整車側傾角剛度為前后懸架側傾角剛度的總和，側傾角剛度的大小及其在前、后輪的分配，對車輛側傾角的大小及車輛穩態響應特性有一定影響[2]。懸架系統總側傾剛度按式1進行。

式中：K1-彈簧垂直剛度；K2-橫向穩定桿剛度；B-輪距； C-懸架總側傾剛度。

車輛側傾時的左右輪垂直載荷的再分配，可簡化為圖1所示的模型。結合力矩平衡原理，聯立公式2～公式6可知懸架產生的側傾剛度引起左右車輪的載荷再分配，左右輪荷差值 ΔW 變化，進而影響輪胎側偏剛度大小[3]。

式中：

-懸架作用于車廂的恢復力矩；

Φ-側傾角；

a-質心距前軸或后軸距離；

L-前后軸軸距；

H-簧載質量質心離地面高度；

h1-前或者后側傾中心離地面高度；

-作用于質心位置的向心力；

-前、后非簧載質量產生的向心力；

-左、右輪胎垂直反力的變動量；

-靜止狀態時左、右車輪的地面垂直反力；

-側傾后左、右車輪的地面垂直反力。

3 K&C性能對比試驗

為了更好研究車輛前穩定桿對K&C性能的影響，選取了市場上某款中大型純電轎跑車型進行實車K&C性能測試，試驗工況分別為無穩定桿狀態下的側傾運動試驗和有穩定桿狀態下的側傾運動試驗，對比試驗情況如下。分別對車輛在安裝前橫向穩定桿和不安裝前橫向穩定桿兩個狀態下進行了K&C性能試驗。由于穩定桿主要影響車輛在側傾運動工況下的K&C特性，所以在此僅做了側傾運動對比試驗。

3.1 試驗車輛基本信息

3.2 K&C測試設備及工況

本次對比試驗在ABD-K&C試驗臺上完成，K&C測試設備坐標系定義如下：

車輛坐標系：試驗坐標系遵守右手定則，箭頭方向為正方向，如圖２所示。X 軸平行于地面指向車頭前方，Z軸垂直于地面 指向上方，Y 軸指向駕駛員左側。

坐標原點定義：相對于中央平臺，原點位于中央平臺平面的幾何對稱中心［4］。

本次對比試驗選取的是受穩定桿影響較大的側傾運動試驗工況，側傾運動試驗是垂直載荷加載系統反向動作，通過試驗可以得到懸架側傾剛度、懸架剛度、側傾中心高、側傾中心高變化梯度、前束角梯度、外傾角梯度、輪距變化梯度等性能參數［5］。具體試驗工況信息如表2所示，2組試驗工況僅有穩定桿安裝與否為唯一個變量。

4 前橫向穩定桿對K&C試驗結果影響分析

側傾運動試驗側傾剛度結果如圖4所示：

無穩定桿狀態下車輛前懸側傾剛度為-855.1Nm/deg；

有穩定桿狀態下車輛前懸側傾剛度為-1507Nm/deg；

變化性率為76.24%，分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸側傾剛度影響很大。

側傾運動試驗懸架剛度結果如圖5所示：

無穩定桿狀態下車輛前懸左右懸架剛度分別為40.41N/mm和40.17N/mm，均值為40.29N/mm；

有穩定桿狀態下車輛前懸左右懸架剛度分別為78.98N/mm和78.95N/mm，均值為78.96N/mm；

變化性率為95.98%，分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸側傾剛度影響很大。

側傾運動試驗側傾中心高和側傾中心高變化梯度結果如圖6所示：

無穩定桿工況前懸左/右輪側傾中心高分別為98.05mm和97.73mm，取均值為97.89mm；

有穩定桿工況前懸左/右輪側傾中心高分別為91.13mm和90.19mm，取均值為90.66mm；

變化率為-7.39%。分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸側傾中心高影響不大。

無穩定桿工況前懸左/右輪側傾中心高變化梯度分別為10.29mm/deg和10.18mm/deg，取均值為10.24mm/deg；

有穩定桿工況前懸左/右輪側傾中心高變化梯度分別為5.896mm/deg和5.609mm/deg，取均值為5.75mm/deg；

變化率為-43.85%。分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸側傾中心高變化梯度影響較大。

側傾運動試驗懸架前束角梯度結果如圖7所示：

無穩定桿工況前懸左/右輪前束角梯度分別為0.072deg/deg和-0.065deg/deg，取均值為0.069deg/deg；有穩定桿工況前懸左/右輪前束角梯度分別為0.062deg/deg和-0.056deg/deg，取均值為0.059deg/deg；

變化率為-14.49%。分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸前束角梯度影響不大。

側傾運動試驗懸架外傾角梯度結果如圖8所示：

無穩定桿工況前懸左/右輪外傾角梯度分別為0.248deg/deg和-0.250deg/deg，取均值為0.249deg/deg；

有穩定桿工況前懸左/右輪外傾角梯度分別為0.238deg/deg和-0.238deg/deg，取均值為0.238deg/deg；

變化率為-4.42%。分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸外傾角梯度影響不大。

側傾運動試驗懸架外傾角梯度結果如圖9所示：

無穩定桿工況前懸輪距變化梯度分為0.13mm/deg；有穩定桿工況前懸輪距變化梯度分為0.28mm/deg；

變化率為115.38%。分析結果可知，穩定桿對車輛側傾工況下前懸輪距變化梯度影響非常大。

5 結論

本文就前橫向穩定桿對懸架K&C性能影響對比試驗研究，得到了以下結論：

1、前橫向穩定桿對前懸架側傾剛度影響很大，變化率為76.24%；

2、前穩定桿對側傾工況懸架剛度影響很大，變化率為95.98%；

3、前橫向穩定桿對前懸側傾中心高變化梯度影響較大，變化率為-43.85%；

4、前橫向穩定桿對前懸輪距變化梯度影響非常大，變化率高達115.38%；

5、前橫向穩定桿對側傾中心高、前束角梯度、外傾角梯度等參數影響較小。

參考文獻：

[1]時文德，張美慧·探析橫向穩定桿對整車側傾及縱傾特性的影響·建筑工程技術與設計，2018.

[2]楊銀輝，靳昕，韓尚尚·基于橫向穩定桿的汽車操縱穩定性影響分析·測試技術，2021.

[3]余志生·汽車理論[M]·北京：機械工業出版社，2012.

[4]楊必春·底盤K＆C測試淺析·時代汽車，2021.

[5]徐鵬舉·懸架K＆C特性參數的測試與解算方法研究·華中科技大學，2019.