影响汽车侧倾现象的研究与探索

杨立平，刘敏杰



影响汽车侧倾现象的研究与探索

杨立平，刘敏杰

（北京电子科技职业学院，北京 100000）

汽车底盘及以下装置在设计时，都对其抵抗侧倾的能力有所考虑。因此，对其进行研究和分析，对于提高汽车通过弯道时的舒适度均有所帮助。文章主要从构成底盘的机构组成和结构特点，及轮胎和轮辋结构与安装等方面，分析各自对侧倾的影响与控制因素及防范措施。

影响；侧倾；研究；探索

前言

当今汽车的安全性与舒适性的地位同样重要，其中直接影响安全与舒适性的就是汽车底盘的构成、装配及结构等因素了。经过多年的使用、改造及完善，可以说，现在的底盘在各方面都达到了相对完善的水平。然而，构成汽车底盘的各种环节的相互组作用，是目前影响其舒适度的关键所在，也是现代需要认真研究的问题之一。

1 汽车悬架及相关部件对汽车转弯时的侧倾影响

汽车悬架的功能包括对上部重量的支撑，汽车运行时的控制定位功能，承重及通过颠簸路段时的缓冲功能，运动时悬架的位移限制功能等。因此，汽车底盘的主要构成如：弹簧、前后桥、拉杆、各种销子及橡胶垫块等，对于汽车的侧倾现象都有重要的影响，而且是最为关键的影响因素。

1.1 弹簧刚度的影响分析

从防止侧倾这个角度讲，弹簧的刚度越大（越硬）其效果会越好。从舒适度角度讲，刚度大则舒适性就差（减振效果差）。这个矛盾需要实验和驾乘者的体验信息进行优化，选择合适的刚度使其舒适又有很强的防侧倾性能。目前横向稳定杆的作用就是起该作用的。然而，真正解决问题的是在行进当中，根据实际需要进行调节其弹簧刚度的装置，现在已经有一项专利，达到了刚度调节的目的。真正解决了刚度大，舒适度差。而刚度小防侧倾效果差的矛盾。

1.2 悬架系统支撑胶垫的影响分析

悬架系统支撑胶垫是把减震器及螺旋弹簧支撑在车身上，以便能够承受其下传来的振动和冲击。为满足防震性能、操控性能及稳定性能，悬架胶垫在结构形式上出现了很多改善情况。

其结构大致可分为两种类型，其一是输入整体型；其二是输入分离型。

输入整体型结构可同时支撑从螺旋弹簧输入的载荷及从减震器输入的载荷。由于垂直方向输入的载荷较大。因此，从垂直方向的减振上考虑，希望在常用载荷下的弹性特性应软一些，而在高载荷下其弹性特性应硬一些。实际就是应具有压缩剪切型限位器的结构，即保证了垂直方向柔软的舒适度，同时又确保防侧倾效果的高硬度。

输入分离型结构可分别支撑从减震器传递的微小振动，从减震器安装部位防止回弹缓冲器和螺旋弹簧传来的较大的振动力，该机构可以提高舒适性且降低振动。

1.3 球头销的影响分析

通常在独立悬架系统中，部分前悬架及后悬架采用可自由摇动和滑动的球头销。球头销的主要功能是实现车轮垂直运动及转向运动的，对于侧倾有一定的影响。球头销具体的功能包括：应具备随车轮运动的摆角；具有消除转向时和操作而产生的不良力矩；配合间隙应合适，不应产生摆动和异响；应具备承受低温、泥沙、水潮、高温环境下的正常使用能力；必须具备高强度、耐久性，以便承受由于颠簸传过来的冲击性。

从功能角度讲，当其随着使用时间的加长，各种部件的的老化、配合失调等，就会加大直线行驶特别是转弯时的侧倾现象。尤其是有些车辆球头销本身质量或调教质量不高，会更快的对车辆的侧倾产生负面的影响。

球头销的结构形式有所不同，在拉伸性的球头销广泛采用半球头销和球形构建组合而成。为提高强度降低成本，现代采用合成树脂球窝且具有弹簧作用的结构形式，效果不错。从结构上说，影响汽车转弯时的侧倾主要是结构本身，当结构设计不合理或使用过程中的损伤等，都会不同程度的降低抗侧倾的能力。

1.4 控制机构的影响分析

1.4.1车身高度调整机构的影响

该机构的作用是；防止由于承载质量的变化而引起车身高度变化；为高速行驶的汽车提高其稳定性；在凸凹路面行驶防止拖地现象等。调整机构分为液压及气压两种形式。

通常车辆高度控制功能包括：自动高度调整功能；车辆高度选择功能；车速感应功能。其各自的目标分别为：无论车载质量变化与否，车辆的高度始终不变，保证车轮垂直跳跃行程，不发生托底现象。该功能确保车辆的高度的设定值属于正常范围；高度选择功能有高、正常、低等三种数值。一般SUV可选择高位置，以提高车辆的通过能力。当车速较高时，可选择低位置以便提高其行驶的稳定性。该功能是属于人为的选择设定；车速感应功能是自动功能，当车速高到设定值时，车辆自动降低高度，以提高高速的稳定性，并减小空气阻力，该功能主要有正常和低位置。

除去高度控制还有阻尼力的调整机构，根据车辆行驶的路面的路况，减震器活塞的速度工作是有一定范围的。该范围是通过优化使其达到最佳状态。

该机构由阻尼力可变减震器、控制器、传感器及阻尼力转换促动器等构成。对车辆的动态控制主要有侧倾控制、抗沉下点头控制、抗后倾控制及车速感应控制等。除此之外还包括预测转向时的侧向加速度和加减速时的前后加速度的发生，阻尼力调整机构增大阻尼力以便抑制车身形态变化的速度。调整另一端车身高度的机构用于提高抗侧风的能力等，具体功能及实现目标见表1。

表1 阻尼力控制项目与实现目标

1.4.2侧倾刚度调整机构的影响与分析

弹簧刚度调整在空气弹簧中是可以实现的，通过调整高度就可将弹簧的刚度进行相应的调节。但如果只是金属弹簧，则无法调整其刚度，目前采用横向稳定杆扭转刚度的调节办法加以实现刚度的调节。该机构分为机械式和液压式两种，但都安装在稳定杆与下臂之间，通过自有滑动或对行程的限制以实现刚度的调节功能，SUV车普遍应用该种调节机构。

在实际应用过程中，当横向稳定杆等出现连接配合等问题时，就会使得弹簧组刚度调节出现失常，当然抗侧倾能力就会下降。随着时间的加长，各种弹簧及相关部件的老化、变质、松动、变形等也将会使得抗侧倾能力下降。

2 车轮对侧倾现象的影响分析

车轮对于汽车弯道行驶时的侧倾影响有两个方面有所影响，其一是车轮钢圈的影响；其二是橡胶轮胎的影响。

2.1 车轮钢圈对于侧倾的影响分析

不同的钢圈结构其弹性系数不一样，刚性变形越小则抗侧倾能力就越强，但垂直减振效果就相对较差。影响因素有两个，其一，构成钢圈的材料的影响。轮辋材料越轻其惯性力就越小，相对侧倾力的控制就容易；其次是材料的密度的均匀性也对其有着一定的影响。由于材料密度分布的不均匀性，比如外部密度高，则质量就会大，车辆转弯时的离心力就大，必然车辆的侧倾现象就严重。

其二，钢圈结构的影响。车轮轮辋存在其偏置量，即车轮轮辋中心面与轮辐安装面之间的距离。中心面相对于轮辐安装面处于车辆内侧的车轮称为内偏置；中心面与轮辐安装面一致时称为零偏置；中心面相对于轮辐安装面处于车辆外侧的车轮被称为外偏置。从车辆转弯时减小离心力的考虑，应该说零偏置和内偏置更有利于侧倾现象的控制，因此轮辋安装位置也是影响侧倾的主要原因。

2.2 轮胎的影响分析

车辆轮胎的对侧倾现象的影响，主要来自于橡胶本身质地和花纹等因素。当轮胎的橡胶较硬时，抗侧倾能力就强，但较软时则抗侧倾现象就差。从垂直减振效果看，软有利于提高该方向减振效果，但抗侧倾能力较低。硬则有利于坑侧倾能力的提高，但垂直方向的减振效果差。因此，应合理控制橡胶材料的硬度。橡胶材料的密度分布应均匀一致，否则直接影响抗侧倾能力。

总之，提高车辆通过弯道时抗侧倾能力是综合性的技术，不仅在各种结构上要严格设计，还要在各种部件的材料密度上要均匀一致，同时还要严格合理控制材料的软硬度，既保证垂直方向的减振又要保证侧倾能力的提高。只有综合合理地控制好各项指标，才能使得车辆的侧倾现象得到有效控制。

[1] 自动车工学,铁道日本社.六月号,p49(2003).

[2] 自动车技术,Vol.43,No.2,p.65(1990).

[3] 日本自动车技术会编（中国汽车工程学会译）.汽车工程手册5.北京:北京理工大学出版社.2010.

Research and Exploration on the Influence of Car Rollover

Yang Liping, Liu Minjie

( Beijing Polytechnic, Beijing 100000 )

When automobile chassis and the following devices are designed their ability to resist rollover is considered. Therefore, research and analysis of them will help to improve the comfort of the car through the curve.This paper focuses on the composition and structural characteristics of the chassis, and the structure and installation of the tire and rim to analyze their influence on lateral rollover, control factors and preventive measures.

influence;rollover;research;exploration

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1671-7988(2018)20-193-03

U463.1

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1671-7988(2018)20-193-03

U463.1

杨立平，北京电子科技职业学院教师。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.071