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

關(guān)鍵詞：橫向穩(wěn)定桿 K&C性能 側(cè)傾工況 對比試驗

1 引言

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

2 懸架側(cè)傾角剛度對左右側(cè)車輪垂直載荷影響

整車側(cè)傾角剛度為前后懸架側(cè)傾角剛度的總和，側(cè)傾角剛度的大小及其在前、后輪的分配，對車輛側(cè)傾角的大小及車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有一定影響[2]。懸架系統(tǒng)總側(cè)傾剛度按式1進(jìn)行。

式中：K1-彈簧垂直剛度；K2-橫向穩(wěn)定桿剛度；B-輪距； C-懸架總側(cè)傾剛度。

車輛側(cè)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(jié)合力矩平衡原理，聯(lián)立公式2～公式6可知懸架產(chǎn)生的側(cè)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(jìn)而影響輪胎側(cè)偏剛度大小[3]。

式中：

-懸架作用于車廂的恢復(fù)力矩；

Φ-側(cè)傾角；

a-質(zhì)心距前軸或后軸距離；

L-前后軸軸距；

H-簧載質(zhì)量質(zhì)心離地面高度；

h1-前或者后側(cè)傾中心離地面高度；

-作用于質(zhì)心位置的向心力；

-前、后非簧載質(zhì)量產(chǎn)生的向心力；

-左、右輪胎垂直反力的變動量；

-靜止?fàn)顟B(tài)時左、右車輪的地面垂直反力；

-側(cè)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(wěn)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(jìn)行實車K&C性能測試，試驗工況分別為無穩(wěn)定桿狀態(tài)下的側(cè)傾運動試驗和有穩(wěn)定桿狀態(tài)下的側(cè)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(wěn)定桿和不安裝前橫向穩(wěn)定桿兩個狀態(tài)下進(jìn)行了K&C性能試驗。由于穩(wěn)定桿主要影響車輛在側(cè)傾運動工況下的K&C特性，所以在此僅做了側(cè)傾運動對比試驗。

3.1 試驗車輛基本信息

3.2 K&C測試設(shè)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(shè)備坐標(biāo)系定義如下：

車輛坐標(biāo)系：試驗坐標(biāo)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(cè)。

坐標(biāo)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(wěn)定桿影響較大的側(cè)傾運動試驗工況，側(cè)傾運動試驗是垂直載荷加載系統(tǒng)反向動作，通過試驗可以得到懸架側(cè)傾剛度、懸架剛度、側(cè)傾中心高、側(cè)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(shù)［5］。具體試驗工況信息如表2所示，2組試驗工況僅有穩(wěn)定桿安裝與否為唯一個變量。

4 前橫向穩(wěn)定桿對K&C試驗結(jié)果影響分析

側(cè)傾運動試驗側(cè)傾剛度結(jié)果如圖4所示：

無穩(wěn)定桿狀態(tài)下車輛前懸側(cè)傾剛度為-855.1Nm/deg；

有穩(wěn)定桿狀態(tài)下車輛前懸側(cè)傾剛度為-1507Nm/deg；

變化性率為76.24%，分析結(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸側(cè)傾剛度影響很大。

側(cè)傾運動試驗懸架剛度結(jié)果如圖5所示：

無穩(wěn)定桿狀態(tài)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(wěn)定桿狀態(tài)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(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸側(cè)傾剛度影響很大。

側(cè)傾運動試驗側(cè)傾中心高和側(cè)傾中心高變化梯度結(jié)果如圖6所示：

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

有穩(wěn)定桿工況前懸左/右輪側(cè)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(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸側(cè)傾中心高影響不大。

無穩(wěn)定桿工況前懸左/右輪側(cè)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(wěn)定桿工況前懸左/右輪側(cè)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(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸側(cè)傾中心高變化梯度影響較大。

側(cè)傾運動試驗懸架前束角梯度結(jié)果如圖7所示：

無穩(wěn)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(wěn)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(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸前束角梯度影響不大。

側(cè)傾運動試驗懸架外傾角梯度結(jié)果如圖8所示：

無穩(wěn)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(wěn)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(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸外傾角梯度影響不大。

側(cè)傾運動試驗懸架外傾角梯度結(jié)果如圖9所示：

無穩(wěn)定桿工況前懸輪距變化梯度分為0.13mm/deg；有穩(wěn)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(jié)果可知，穩(wěn)定桿對車輛側(cè)傾工況下前懸輪距變化梯度影響非常大。

5 結(jié)論

本文就前橫向穩(wěn)定桿對懸架K&C性能影響對比試驗研究，得到了以下結(jié)論：

1、前橫向穩(wěn)定桿對前懸架側(cè)傾剛度影響很大，變化率為76.24%；

2、前穩(wěn)定桿對側(cè)傾工況懸架剛度影響很大，變化率為95.98%；

3、前橫向穩(wěn)定桿對前懸側(cè)傾中心高變化梯度影響較大，變化率為-43.85%；

4、前橫向穩(wěn)定桿對前懸輪距變化梯度影響非常大，變化率高達(dá)115.38%；

5、前橫向穩(wěn)定桿對側(cè)傾中心高、前束角梯度、外傾角梯度等參數(shù)影響較小。

參考文獻(xiàn)：

[1]時文德，張美慧·探析橫向穩(wěn)定桿對整車側(cè)傾及縱傾特性的影響·建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018.

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

[3]余志生·汽車?yán)碚揫M]·北京：機(jī)械工業(yè)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(shù)的測試與解算方法研究·華中科技大學(xué)，2019.