汽车转弯时侧倾与减小侧倾趋势措施的分析与研究

杨立平，刘敏杰

（北京电子科技职业学院，北京 100016）

前言

现代汽车的悬架和减振，在很大程度上都以减少垂直方向的振动和衰减为主要研究点，同时在效果上和控制上很明显，达到了预期的目的。特别是在对待不同路面情况中随机发生的路况，有针对性的采取动态的变化控制，使得汽车的运行更加安全和舒适。

1 当前汽车转弯时减小侧倾的措施

现代汽车的悬架系统中，为确保垂直方向的减振和衰减效果及为改善汽车行驶平顺性，特将悬架刚度设计得比较低，其结果就影响了汽车行驶稳定性。尤其是通过弯道时的侧倾现象会更加严重。为解决上述问题，目前普遍采用横向稳定杆加以控制，以提高悬架侧倾角刚度，减少车身倾角。

1.1 横向稳定杆的功用

横向稳定杆的功用是防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，尽量使车身保持平衡。目的是减少汽车横向侧倾程度和改善平顺性。横向稳定杆实际上是一个横置的扭杆弹簧，可以看成具有特殊功能的弹性元件。当车身只作垂直运动时，两侧悬架变形相同，横向稳定杆不起作用。当汽车转弯时，车身侧倾，两侧悬架跳动不一致，外侧悬架会压向稳定杆，稳定杆就会发生扭曲，杆身的弹力会阻止车轮抬起，从而使车身尽量保持平衡，起到横向稳定的作用。

1.2 横向稳定杆的材料与形状

横向稳定杆是用弹簧钢制成的扭杆弹簧，形状呈“U”形，横置在汽车的前端和后端。杆身的中部，用橡胶衬套与车身或车架铰接相连，两端通过侧壁端部的橡胶垫或球头销与悬架导向臂连接。

1.3 基本原理

如果左右车轮同时上下跳动，即车身只作垂直移动而两侧悬架变形相等时，横向稳定杆在衬套内自由转动，横向稳定杆不起作用。

当两侧悬架变形不等而车身对于路面横向倾斜时，车架的一侧移近弹簧支座，稳定杆的该侧末端就相对于车架向上移，而车架的另一侧远离弹簧支座，相应的稳定杆的末端则相对于车架向下移，然而在车身和车架倾斜时，横向稳定杆的中部对于车架并无相对运动。这样在车身倾斜时，稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆便被扭转，侧臂受弯，起到增加悬架角刚度的作用。

弹性稳定杆所产生的扭转内力矩就妨碍了悬架弹簧的变形，因而减小了车身的横向倾斜和横向角振动。两端扭杆臂同向跳动时，横向稳定杆不起作用，当左右车轮反向跳动时，横向稳定杆中间部分受扭转。

如果整车侧倾角刚度偏低，车身侧倾角过大，则应采用横向稳定杆，以增加整车侧倾角刚度。根据需要可以在前后悬架上单独或同时安装横向稳定杆。设计横向稳定杆时，除了要考虑整车总的侧倾角刚度外，还应考虑前后悬架的侧倾角刚度之比。通常，应使前悬架的侧倾角刚度比后悬架的稍大些。因此，比较多的车型都是在前悬架安装横向稳定杆。

2 当前汽车转弯时减小侧倾措施的弊端分析

目前，几乎所有汽车的悬架都是采用降低弹簧的刚度，以得到垂直减震的舒适度。然而，这样做势必要增大汽车转弯时的侧倾趋势。为减少侧倾就采用了上述所说的加装横向稳定杆的措施，这样做只是适当的减小了侧倾，特别是当转弯比较急时，侧倾现象则很明显。另外，由于用材和结构等因素的影响，横向稳定杆的效果有时也不很理想。

2.1 当前横向稳定杆常见问题

横向稳定杆常见问题是底盘异响，其来源是汽车长时间行驶所致。由于汽车随着使用时间的延长，稳定杆和稳定杆之间的衬套间隙会逐渐增大，汽车在通过不平路面或直线行驶时，会导致稳定杆在衬套内坐上下运动，从而产生噪音（而新车的稳定杆被衬套紧紧的包裹着，不会出现这种情况）。因此，为降低噪音，就应进行更换，这势必造成使用成本的增加。

2.2 稳定杆特性分析

有时为提高横向稳定杆的强度，就将其制作的较为粗大，即横向稳定杆的直径大，此时其刚度就大，而刚度大的结果是很难发生扭曲，最终的结果是防侧倾效果明显；若将横向稳定杆制作的比较细，则刚度就小。而刚度小就容易发生扭曲，结果是舒适度好，但防侧倾功能就会降低。

这里需要注意的是，如果稳定杆太硬（直径大），则会造成轮胎无法紧贴地面，如果是驱动轮就会造成轮胎空转。

因此，从汽车设计角度讲，追求运动性能的汽车，稳定杆在设计时候的直径一般都较大，而追求舒适性的轿车，一般稳定杆设计的直径较小，但应注意，过小的稳定杆直径就无法起到防止侧倾的目的，这个矛盾在很多设计上都是经过反复验证，最终选取一个比较合理的直径，使得汽车的运行状态到到最佳。

3 对当前横向稳定杆弊端的改进设想与实施

如何解决悬架弹簧既要软（舒适的追求），横向稳定杆也要细一些（舒适度的追求），同时还要提高防侧倾的效果。单从现有的两个部件（悬架弹簧、横向稳定杆）着手考虑问题，则很难解决。因为，要想将横拉杆制作的细，就必须用高强度的材料，提高其硬度，势必要造成成本的上升。如果提高悬架弹簧的刚度，则垂直方向的舒适度就势必降低。（虽然防侧倾效果好）；而从两者的协调看，悬架弹簧即不能太软也不能太硬。横向拉杆也是如此，二者软硬要协调。这需要很多的实验和验证。实际做到随时都能和实验一致的效果是很难的。影响因素非常多，比如，材料的协调、路况的复杂程度成都、环境温度的影响、车速的影响、曲线半径大小的影响等。

3.1 控制悬架弹簧刚度

根据不同条件下，能够让悬架弹簧刚度发生变化是最终有效的方法。为此，可以采用刚性加弹性（橡胶材料）的支撑，对受压缩的悬架弹簧进行支撑。具体做法是，当汽车左转时，由于离心力的作用使得汽车左侧悬架弹簧被压缩，而右侧悬架弹簧则被拉伸。最终造成整车向左侧倾斜，使得驾乘者很不舒服。尽管有横向稳定杆的作用，但由于转弯急或速度快等，仍然会有很大的侧倾现象。为了防止左侧车身的过分被压缩，此时，刚性加弹性的支撑板，将移动到被压缩的弹簧侧面，并直接支撑起到提高弹簧刚度的作用。注意，支撑的刚度要适中。否则，太硬则车轮与地面的摩擦力会降低，反而会造成轮子的空转现象；太软则起不到减少侧倾的目的。

3.2 控制车身高度

当汽车以较高的时速进入弯道时，另一个思路是，将车身的重心高度降低，以便使得整体的侧倾现象减少。目前的车身高度调整机构分为液压式和气压式两种。液压式可分为千斤顶、液压气动式和其他方式。液压气动与气压式又可分为金属弹簧并用式和无金属弹簧式两种。

其中，液压千斤顶式车身高度调整机构，是通过在各轮上的液压千斤顶、电机驱动泵、油箱、滑阀及压力开关构成。通过车身高度选择开关或车速信号，可以改变车身高度。该机构不适合于自动调整高度，一般是用在SUV提高通过坏路面能力之用。

液压气动式车身高度调整机构，主要由液压缸、气压弹簧、阻尼阀等组成，同时兼有悬架弹簧和减震器的功能。调平阀把加压油输送给油缸或从其中排出，使得气压弹簧的压力发生变化而达到调整车身高度的目的。

液压气动式车身高度调整机构的优势在于，可以得到较高的压力而设备的整体却很紧凑；另外，由于液压的非压缩性使高度调整的速度更加迅速。

自动调整车高减震器具有液压泵装置、储液室及蓄压器的功能，可通过自身的振动进行车高的自动调整。如当乘车人员和装载质量增加时，车身高度低于设定高度了，液压泵就将油液从储油室输送到高压油室，以提高缸内压力而增加反力。当载荷减少时油压从车高调整阀口回流到储油室中，缸内压力降低反力下降，使得车辆保持在一定高度。实际上就是将液压气动式车身高度调整功能集中到一个减震器中。

气压式车身高度调整机构使用空气弹簧，该系统构成主要包括：电动机驱动压缩机、干燥器、车高调整阀、排气阀及空气弹簧等。当车身低于标准高度时，压缩机和车高调整阀开始工作并向空气弹簧的气室供气；当车身高度高于标准高度时，排气阀和车高调整阀开启排除空气。

上述两种装置都是，为提高汽车行驶或通过弯道时的稳定性，并且使得气车的颠簸和侧倾现象降低所采取的措施。也是对目前悬架不足的一种完善措施。各种措施的结合使汽车乘坐的舒适性和行驶的顺畅性得到了很大的提升。

参考文献

[1] 中国汽车工程学会组译,汽车工程手册5底盘设计篇,北京理工大学出版社,2010.

[2] 魏春元译.BOSCH汽车工程手册,北京理工大学出版社,2010.