1.2主动横向稳定杆简介
横向稳定杆是汽车结构中的一种重要辅助部件。其作用是避免汽车车身在转向时发生过大横向侧倾,进而达到防止汽车横向倾翻和改善转向平衡性的目的。横向稳定杆一般是用弹簧钢制成的形状大致为“U”形的扭杆,横置在汽车的前轮之间与后轮之间。横向稳定杆两端分别固定在左右悬挂上,而杆体中部使用套筒与车架铰接。当汽车车身仅为垂直运动时,两侧悬挂发生相同变形,横向稳定杆这时没有作用。而当汽车车身发生侧倾时,两侧悬挂变形即不同,则固定在悬挂两侧的横向稳定杆就会发生扭转,其杆体的扭转力成为汽车车身侧倾的阻力,从而实现减小车身侧倾、维持横向稳定的作用[3]。
图1-1 横向稳定杆示意图
当车身只作垂直移动而两侧悬架变形相等时,横向稳定杆在套筒内自由转动,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。弹性的稳定杆所产生的扭转的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。
悬架的侧倾角度是影响汽车静态侧倾稳定性的主要因素之一,且直接影响到汽车操纵稳定性的其他一些性能指标,如不足转向度、中性转向点和侧向加速度等。为加大悬架的侧倾角刚度,现在汽车大多数装有横向稳定杆。
对于横向稳定杆,首先,与操作稳定性直接相关的设计指标是它在车轮处的等效侧倾角刚度,二是其本身的侧倾角刚度;其次,稳定杆的设计必须满足强度要求;第三,应尽量减轻稳定杆的质量。
1.3主动横向稳定杆国内外发展现状
1.4 论文主要研究内容
由汽车的发展到车祸问题的严重性,人们开始从事研究减少车祸发生的方法。不考虑主观原因及驾驶员的原因,对车辆的结构设计方面做出一些改进。在现有条件下,以被动稳定杆为基础,设计出完整的汽车主动稳定杆系统,满足车辆的行驶需求。首先要了解稳定杆的结构和原理,对稳定杆有了了解之后,为了满足人们对乘坐舒适性和操纵稳定性要求的提高,在被动稳定杆基础上重新设计出新型的主动稳定杆。主动稳定杆系统本身具有一定的复杂性,因此在完成系统的设计以后,要对整个稳定杆系统进行仿真分析,这里就是本文着重研究的内容,控制规律的研究。
研究的主要内容:
a)主动横向稳定杆的设计及分析
首先介绍横向稳定杆,分析横向稳定杆的辅助作用,其次引出主动横向稳定杆,分类进行一些对比分析。
b)主动稳定杆的数学模型计算
画出装有主动稳定杆系统的侧倾车辆的简化模型,对汽车行驶状态进行研究,查找计算相关类的参数,建立模型的动力学方程。
c)控制规律的制定
分析横向稳定杆,计算一些参数,线刚度、截面惯性矩等,并作出横向稳定杆工作时对应参数表。为下面主动稳定杆的设计开发作参考。以主动稳定杆系统降低车身侧倾角度为目标,作出流程图,制定相应的控制规律。
d)主动稳定杆系统仿真
简单介绍MATLAB/Simulink软件,通过Simulink仿真车辆行驶过程中由于主动横向稳定杆的作用使得侧倾角度变小,得出稳定杆的作用,同时验证制定的控制规律。