基于前横向稳定杆的K&C性能研究

张红　胡斌　李政

摘 要：文章基于前横向稳定杆在整车的功能，分别对车辆在不安装前横向稳定杆和安装前横向稳定杆两个状态下进行了K&C性能试验，研究了前横向稳定杆对悬架K&C性能的影响。对比试验结果表明，前横向稳定杆对车辆前悬架侧倾刚度、侧倾工况悬架刚度、侧倾中心变化梯度和轮距变化梯度影响较大，对侧倾中心高、前束角梯度和外倾角梯度影响较小。

关键词：横向稳定杆 K&C性能 侧倾工况 对比试验

1 引言

横向稳定杆的作用是提高悬架侧倾刚度，影响悬架K&C性能，即悬架几何运动学与弹性运动学特性，在车辆转弯时降低车身侧倾，从而提高车辆的操纵稳定性和安全性，对于整车无论是转弯性能还是直线性能都具有决定性影响[1]。基于此，笔者运用K&C对比试验的方法，研究了车辆前横向稳定杆对悬架K&C性能的影响。

2 悬架侧倾角刚度对左右侧车轮垂直载荷影响

整车侧倾角刚度为前后悬架侧倾角刚度的总和，侧倾角刚度的大小及其在前、后轮的分配，对车辆侧倾角的大小及车辆稳态响应特性有一定影响[2]。悬架系统总侧倾刚度按式1进行。

式中：K1-弹簧垂直刚度；K2-横向稳定杆刚度；B-轮距； C-悬架总侧倾刚度。

车辆侧倾时的左右轮垂直载荷的再分配，可简化为图1所示的模型。结合力矩平衡原理，联立公式2～公式6可知悬架产生的侧倾刚度引起左右车轮的载荷再分配，左右轮荷差值 ΔW 变化，进而影响轮胎侧偏刚度大小[3]。

式中：

-悬架作用于车厢的恢复力矩；

Φ-侧傾角；

a-质心距前轴或后轴距离；

L-前后轴轴距；

H-簧载质量质心离地面高度；

h1-前或者后侧倾中心离地面高度；

-作用于质心位置的向心力；

-前、后非簧载质量产生的向心力；

-左、右轮胎垂直反力的变动量；

-静止状态时左、右车轮的地面垂直反力；

-侧倾后左、右车轮的地面垂直反力。

3 K&C性能对比试验

为了更好研究车辆前稳定杆对K&C性能的影响，选取了市场上某款中大型纯电轿跑车型进行实车K&C性能测试，试验工况分别为无稳定杆状态下的侧倾运动试验和有稳定杆状态下的侧倾运动试验，对比试验情况如下。分别对车辆在安装前横向稳定杆和不安装前横向稳定杆两个状态下进行了K&C性能试验。由于稳定杆主要影响车辆在侧倾运动工况下的K&C特性，所以在此仅做了侧倾运动对比试验。

3.1 试验车辆基本信息

3.2 K&C测试设备及工况

本次对比试验在ABD-K&C试验台上完成，K&C测试设备坐标系定义如下：

车辆坐标系：试验坐标系遵守右手定则，箭头方向为正方向，如图２所示。X 轴平行于地面指向车头前方，Z轴垂直于地面 指向上方，Y 轴指向驾驶员左侧。

坐标原点定义：相对于中央平台，原点位于中央平台平面的几何对称中心［4］。

本次对比试验选取的是受稳定杆影响较大的侧倾运动试验工况，侧倾运动试验是垂直载荷加载系统反向动作，通过试验可以得到悬架侧倾刚度、悬架刚度、侧倾中心高、侧倾中心高变化梯度、前束角梯度、外倾角梯度、轮距变化梯度等性能参数［5］。具体试验工况信息如表2所示，2组试验工况仅有稳定杆安装与否为唯一个变量。

4 前横向稳定杆对K&C试验结果影响分析

侧倾运动试验侧倾刚度结果如图4所示：

无稳定杆状态下车辆前悬侧倾刚度为-855.1Nm/deg；

有稳定杆状态下车辆前悬侧倾刚度为-1507Nm/deg；

变化性率为76.24%，分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬侧倾刚度影响很大。

侧倾运动试验悬架刚度结果如图5所示：

无稳定杆状态下车辆前悬左右悬架刚度分别为40.41N/mm和40.17N/mm，均值为40.29N/mm；

有稳定杆状态下车辆前悬左右悬架刚度分别为78.98N/mm和78.95N/mm，均值为78.96N/mm；

变化性率为95.98%，分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬侧倾刚度影响很大。

侧倾运动试验侧倾中心高和侧倾中心高变化梯度结果如图6所示：

无稳定杆工况前悬左/右轮侧倾中心高分别为98.05mm和97.73mm，取均值为97.89mm；

有稳定杆工况前悬左/右轮侧倾中心高分别为91.13mm和90.19mm，取均值为90.66mm；

变化率为-7.39%。分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬侧倾中心高影响不大。

无稳定杆工况前悬左/右轮侧倾中心高变化梯度分别为10.29mm/deg和10.18mm/deg，取均值为10.24mm/deg；

有稳定杆工况前悬左/右轮侧倾中心高变化梯度分别为5.896mm/deg和5.609mm/deg，取均值为5.75mm/deg；

变化率为-43.85%。分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬侧倾中心高变化梯度影响较大。

侧倾运动试验悬架前束角梯度结果如图7所示：

无稳定杆工况前悬左/右轮前束角梯度分别为0.072deg/deg和-0.065deg/deg，取均值为0.069deg/deg；有稳定杆工况前悬左/右轮前束角梯度分别为0.062deg/deg和-0.056deg/deg，取均值为0.059deg/deg；

变化率为-14.49%。分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬前束角梯度影响不大。

侧倾运动试验悬架外倾角梯度结果如图8所示：

无稳定杆工况前悬左/右轮外倾角梯度分别为0.248deg/deg和-0.250deg/deg，取均值为0.249deg/deg；

有稳定杆工况前悬左/右轮外倾角梯度分别为0.238deg/deg和-0.238deg/deg，取均值为0.238deg/deg；

变化率为-4.42%。分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬外倾角梯度影响不大。

侧倾运动试验悬架外倾角梯度结果如图9所示：

无稳定杆工况前悬轮距变化梯度分为0.13mm/deg；有稳定杆工况前悬轮距变化梯度分为0.28mm/deg；

变化率为115.38%。分析结果可知，稳定杆对车辆侧倾工况下前悬轮距变化梯度影响非常大。

5 结论

本文就前横向稳定杆对悬架K&C性能影响对比试验研究，得到了以下结论：

1、前横向稳定杆对前悬架侧倾刚度影响很大，变化率为76.24%；

2、前稳定杆对侧倾工况悬架刚度影响很大，变化率为95.98%；

3、前横向稳定杆对前悬侧倾中心高变化梯度影响较大，变化率为-43.85%；

4、前横向稳定杆对前悬轮距变化梯度影响非常大，变化率高达115.38%；

5、前横向稳定杆对侧倾中心高、前束角梯度、外倾角梯度等参数影响较小。

参考文献：

[1]时文德，张美慧·探析横向稳定杆对整车侧倾及纵倾特性的影响·建筑工程技术与设计，2018.

[2]杨银辉，靳昕，韩尚尚·基于横向稳定杆的汽车操纵稳定性影响分析·测试技术，2021.

[3]余志生·汽车理论[M]·北京：机械工业出版社，2012.

[4]杨必春·底盘K＆C测试浅析·时代汽车，2021.

[5]徐鹏举·悬架K＆C特性参数的测试与解算方法研究·华中科技大学，2019.