空气悬架系统研究：横向稳定杆的柔体模型

为改善汽车行驶平顺性，在一般道路上行驶时，希望汽车有低刚度的悬架性能，保证其良好的乘坐舒适性和行驶稳定性；当载荷变化时，则要求悬架的刚度变化较小，从而降低汽车整车的固有振动频率。但是，如果汽车悬架的垂直刚度值设计得较低，会使得汽车的侧倾角刚度值也较低，其结果是，当汽车转弯时产生很大的车身侧倾角，影响行驶稳定性。由于汽车整车侧倾角刚度是前、后轴侧倾角刚度之和，即

式中 kϕ—— 整车侧倾角刚度；

kϕ1—— 前轴侧倾角刚度；

kϕ2 ——后轴侧倾角刚度。

而对于汽车任一前、后轴来说，侧倾角刚度值由横向稳定杆的角刚度klateral_bar 与悬架的角刚度ksuspension 两部分组合而成，即

因此，常在悬架中采用横向稳定杆提高悬架的侧倾角刚度，或调整前、后悬架的侧倾角刚度比值以保证汽车具有良好的行驶稳定性。计算表明，对于后悬架，后横向稳定杆的作用在其侧倾刚度中占73%，在整车的侧倾刚度中占32%。横向稳定杆对车辆的平顺性和操纵稳定性都有很大的影响。

多数车辆上横向稳定杆中部的两端通过橡胶套筒支承在车架或车身上，杆两端纵向部分的末端通过支杆与悬架摆臂或车桥相连。非独立悬架中，也有将横向稳定杆中部支承在车桥上，而将纵向部分的末端通过支杆与车身或车架相连。低地板城市客车的横向稳定杆结构如图2-3所示，中部两端通过橡胶套筒B和D 与车架相连，杆两端通过带有橡胶衬套的转动铰链A 和C 与车桥相连。在多体模型中，横向稳定杆要经过简化以避免出现过约束，一般将横向稳定杆处理为扭簧[28]。扭簧的刚度可由下式计算：

(www.xing528.com)

式中 lb—— 横向稳定杆的有效长度；

rb—— 横向稳定杆的延伸长度；

G—— 剪切模量系数；

d——横向稳定杆直径。

图2-3 横向稳定杆布置

1—后桥；2—车架；3—横向稳定杆左半部分；4—横向稳定杆右半部分

横向稳定杆要承受拉伸、扭弯、弯曲等力和力矩，产生复杂的变形，一般来讲，AB段和CD 段会产生弯曲和扭转变形，BC段则以扭转变形为主，扭簧模型虽然表达了横向稳定杆的抗扭转能力，但是忽略了其他的拉伸、弯曲等变形，因此会有较大的误差。因此，本书利用有限元法建立横向稳定杆的柔体系统模型。