孟杰，張凱

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

橫向穩(wěn)定桿對汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能影響的仿真分析

孟杰，張凱

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

運用汽車操縱穩(wěn)定性能理論分析了橫向穩(wěn)定桿對于汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能的影響.利用ADAMS/Car仿真軟件建立了整車模型，通過改變懸架彈簧剛度實現(xiàn)橫向穩(wěn)定桿的動力學(xué)等效，并進(jìn)行了常半徑轉(zhuǎn)向的操作穩(wěn)定性仿真試驗.試驗結(jié)果表明，通過安裝橫向穩(wěn)定桿可以改善汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，提高汽車的操作穩(wěn)定性能.

橫向穩(wěn)定桿；ADAMS/Car；操縱穩(wěn)定性；穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

橫向穩(wěn)定桿（stabilizer bar），又稱防傾桿，是汽車懸架中的一種輔助彈性元件，增加了懸架的側(cè)傾角剛度，主要的作用是防止車身在轉(zhuǎn)彎時發(fā)生過大的橫向側(cè)傾，防止汽車橫向傾翻和改善平順性.當(dāng)車身只作垂直運動時，兩側(cè)懸架變形相同，橫向穩(wěn)定桿不起作用.當(dāng)車身側(cè)傾時，兩側(cè)懸架跳動不一致，橫向穩(wěn)定桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，桿身的彈力成為繼續(xù)側(cè)傾的阻力，起到橫向穩(wěn)定的作用.

1 帶橫向穩(wěn)定桿的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)模型

1.1 橫向穩(wěn)定桿對汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響

汽車等速行駛時在前輪角階躍下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是等速圓周行駛.汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有三種類型：中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向和過多轉(zhuǎn)向.由于過多轉(zhuǎn)向的汽車達(dá)到某一車速時，汽車會失去穩(wěn)定性，極易產(chǎn)生側(cè)滑和翻轉(zhuǎn)，因此汽車都應(yīng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性.

當(dāng)汽車增加橫向穩(wěn)定桿時，會改變懸架總的側(cè)傾剛度，因此會顯著影響到汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能.

1.2 帶橫向穩(wěn)定桿的汽車側(cè)偏特性分析

設(shè)車廂在側(cè)向力作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角稱為車廂側(cè)傾角Φr（見圖1）.車廂側(cè)傾角Φr由側(cè)傾力矩Mφr和懸架總的側(cè)傾剛度∑Kφr確定

汽車側(cè)傾力矩Mφr主要由三部分組成[1-2]：懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩MφrI、懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩MφrII以及獨立懸架中非懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩MφrIII，即

懸架總的側(cè)傾角剛度∑Kφr等于前、后懸架以及橫向穩(wěn)定桿剛度之和

其中Kf為前懸架的側(cè)傾角剛度，kr為后懸架的側(cè)傾角剛度，k′為橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度.

對于前懸架增加了橫向穩(wěn)定桿的汽車，由側(cè)傾角Φr可求出前后懸架作用于車廂的恢復(fù)力矩為：

其中TφrI為前懸架的恢復(fù)力矩，TφrII為后懸架的恢復(fù)力矩，如圖2所示.

相對于沒有安裝橫向穩(wěn)定桿的汽車，汽車的側(cè)傾角剛度增加，由公式（1）可知，汽車側(cè)傾角Φr減小.但由公式（4）和（5）知，后懸架的恢復(fù)力矩減小，同時可以通過設(shè)置合理的k′值，使得前懸架的恢復(fù)力矩增加，進(jìn)而汽車前軸的垂直載荷變動量加大，導(dǎo)致前懸架側(cè)偏剛度下降，從而加強(qiáng)了汽車的轉(zhuǎn)向不足特性，汽車操縱穩(wěn)定性能也趨于增加.

2 基于ADAM S/Car的汽車仿真模型驗證

圖1 車輛側(cè)傾示意圖

圖2 增加橫向穩(wěn)定桿的車輛側(cè)傾示意圖

2.1 ADAMS/Car簡介[3-5]

ADAMS/Car是前MDI公司與奧迪、寶馬、雷諾和沃爾沃等公司合作開發(fā)的轎車專用分析軟件包，它允許汽車工程師建造汽車各個子系統(tǒng)的虛擬原型，輸出表示操縱穩(wěn)定性、制動性、乘適性和安全性的性能參數(shù).ADAMS/Car也已成為汽車仿真領(lǐng)域的權(quán)威軟件.本文利用ADAMS/Car建立了仿真模型，并將橫向穩(wěn)定桿的作用進(jìn)行仿真驗證.

2.2 仿真模型建立

本文利用ADAMS/Car自帶的MDI_Demo_Vehi?cle_It模型，通過修改前懸架彈簧的剛度以等效于是否安裝橫向穩(wěn)定桿，實現(xiàn)對橫向穩(wěn)定桿影響操縱穩(wěn)定性的驗證.實體模型如圖3所示.

圖4、圖5所示的是ADAMS/Car自帶模型前懸架彈簧原始剛度以及修改后的剛度曲線圖.由曲線可知，原始剛度為125 N/mm，修改后的彈簧剛度為140 N/mm.

3 仿真試驗結(jié)果

圖3 整車仿真模型

在ADAMS/Car的汽車操縱穩(wěn)定性仿真試驗中，常半徑轉(zhuǎn)向（Constant Radius Cornering）是最常用的分析方法.在分析過程中保持轉(zhuǎn)彎半徑不變，改變車速，從而得到不同側(cè)向加速度和前后輪側(cè)偏角[3].根據(jù)前后輪側(cè)偏角差曲線可判斷汽車轉(zhuǎn)向特性.圖3所示的是自帶模型以及修改后模型的車輛前后側(cè)偏角差值（δ1-δ2）與側(cè)向加速度的關(guān)系曲線.

4 結(jié)論

由圖6可知，懸架剛度修改之后，前后車輪的側(cè)偏角差值要高于原始模型，表明汽車的不足轉(zhuǎn)向特性得到加強(qiáng)，汽車的操作穩(wěn)定性得到優(yōu)化.同時表明ADAMS/Car具有精確仿真試驗的能力，因此可采用ADAMS/Car軟件建立參數(shù)化車輛模型，對各種設(shè)計參數(shù)不斷進(jìn)行修改或優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計方案的目的[6].

圖4 原始彈簧剛度特性曲線

圖5 修改后彈簧剛度曲線

圖6 車輛前后側(cè)偏角差值（δ1-δ2）與側(cè)向加速度的關(guān)系曲線

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Simulation and Analysis on the Effect of the Stabilizer Bar on the Automobile Steady State Response

MENG Jie,ZHANG Kai
(School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

The effect of the stabilizer bar on the automobile steady response is analyzed through the theory of au?tomobile steady response.And amodel of a whole vehicle is established utilizing ADAMS/Car.Besides,a dynam?ical equivalent of the stabilizer bar is built by modifying the spring stiffness of suspension,and a simulation test, which is called constant radius cornering,is executed.The test result shows that the stabilizer bar is able to prove the automobile steady response and improves the automobile handling stability,and that the ADAMS/Car software has the ability to execute accurate simulation test.

stabilizer bar;ADAMS/Car;handling stability;steady state response

TP/391.9

A

1008-2794（2012）08-0069-03

2012-02-01

蘇州市科技計劃項目“汽車半主動電磁懸架應(yīng)用研究”（SYG201102）

孟杰（1981—），男，安徽廬江人，講師，碩士，研究方向：汽車系統(tǒng)動力學(xué).