独立悬架前横向稳定杆改进设计方法

某款SUV汽车横向稳定杆结构分析与性能优化研究某款SUV汽车横向稳定杆结构分析与性能优化研究引言汽车行驶过程中，横向稳定性对于驾驶安全和舒适性起着至关重要的作用。

在某款SUV汽车上，横向稳定杆被广泛应用，以提升车辆的操控性能。

本文将对该SUV汽车的横向稳定杆结构进行分析，并提出相应的性能优化方法。

1.横向稳定杆工作原理横向稳定杆位于汽车底盘的前后悬架上，通过连接左右悬架部件，起到平衡车身横向倾斜的作用。

当车辆行驶过弯或踩刹车时，车身会产生一定的横向加速度，横向稳定杆的作用是通过阻碍左右悬挂的相对位移，减小车身倾斜，提高操控稳定性。

2.横向稳定杆结构分析2.1 横向稳定杆位置在该SUV汽车上，横向稳定杆的位置位于前后悬挂系统的连接点处，通过连接悬挂臂等部件，使其平行于车轴并保持一定间距。

2.2 横向稳定杆材料横向稳定杆通常采用高强度合金材料制造，如铝合金。

此类材料具有优异的强度和刚度，可以在保证轻量化的同时提供足够的刚性。

2.3 横向稳定杆形状横向稳定杆的形状通常为圆柱形或椭圆形，这种形状不仅能够提供足够的刚度，还能够降低对车辆空气动力学性能的影响。

3.横向稳定杆性能优化研究3.1 材料优化为提高横向稳定杆的刚性和强度，可以选择更高强度的材料或增加杆的截面尺寸。

此外，通过材料表面处理和热处理等工艺手段，还可提升材料的耐疲劳性和耐腐蚀性。

3.2 结构优化横向稳定杆的结构优化包括两个方面，即增加连接点的刚性和减小杆的重量。

可采取以下措施：增加连接点的连接面积，提高连接点的刚性；在连接点处增加钢板或增加连接栓的截面尺寸，提高连接点的强度；通过优化杆的形状和结构，减小杆的自重。

3.3 运动学仿真优化通过运动学仿真软件对横向稳定杆进行仿真分析，可以获得各种工况下横向稳定杆的受力情况和变形情况。

根据仿真结果，可以进一步优化横向稳定杆的结构和参数，使其具有更好的横向稳定性。

结论某款SUV汽车的横向稳定杆结构对于车辆的操控性能起着重要的作用。

汽车横向稳定杆的参数化分析及优化石柏军;刘德辉;李真炎【摘要】对汽车横向稳定杆的几何尺寸进行参数化处理,采用莫尔积分法推导横向稳定杆的侧倾角刚度计算公式并初步校核强度,通过有限元仿真分析验证该方法的可行性;针对某SUV,以侧倾角刚度为优化目标,采用比例系数优化法对该车的横向稳定杆进行优化设计;然后在ADAMS/Car中建立整车动力学仿真模型,以转向盘角阶跃实验验证优化的效果,最后进行整车实验验证.仿真和实验结果表明,侧倾角刚度较大的横向稳定杆更有助于提高汽车的侧倾稳定性,这进一步验证了文中优化设计的可行性.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(044)006【总页数】8页(P98-104,112)【关键词】车辆工程;横向稳定杆;优化设计;参数化;侧倾角刚度;侧倾稳定性【作者】石柏军;刘德辉;李真炎【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】U270.2当汽车发生侧倾时，两侧悬架之间的相对反向跳动使横向稳定杆受到扭矩的作用，但因受其杆身的扭转刚度的影响，弹性的稳定杆所产生的扭转的内力矩妨碍了悬架弹簧的变形，从而减少了车身的侧倾.国内现有的横向稳定杆参数化设计方法能利用CAD参数化建模功能实现三维模型的自动生成，提高了横向稳定杆的开发效率[1].国外学者曾提出一种主动横向稳定杆，它能根据不同路面情况调节适合的稳定杆刚度，使车辆能兼顾行驶舒适性和操纵稳定性[2].文中通过对横向稳定杆的参数化分析，采用比例系数法对其进行优化，最后在软件仿真和实车实验中证明优化后的横向稳定杆能使整车具有更好的侧倾稳定性.1.1 几何尺寸参数化横向稳定杆是悬架系统的附属部件，其结构形状会根据车辆的不同而变化，从而呈现外观和形状的多样化.尽管每辆汽车的横向稳定杆的大小和形状都不一样，但其外形大体上呈“U”型结构.为了研究方便，可把横向稳定杆的形状作一定的简化处理：忽略横向稳定杆截面形状的变化，把其看作截面为等圆的杆；此外，忽略各种不规则的圆弧过渡，忽略稳定杆与车身相连接的橡胶衬套的变形，认为横向稳定杆整体在同一平面内[3].由于车身的侧倾角度通常很小(在0°～5°范围内)，因此把稳定杆端部的变形看作小变形.综合上述各种假设，可以用几个简单的参数描述横向稳定杆的几何尺寸，从而实现对横向稳定杆的参数化分析.简化后的横向稳定杆模型如图1所示.图1中，C、D点为横向稳定杆与车身或者车架的铰接点，B、H点为稳定杆杆身末端点，A、J点为横向稳定杆杆臂端点.L1为横向稳定杆杆身长度，L2为横向稳定杆与车身或者车架铰接点之间的距离，L为横向稳定杆杆臂长度，θ为横向稳定杆的杆身与杆臂之间的夹角，假定稳定杆的直径为d，通过以上5个参数描述即可确定稳定杆的几何形状，同时可把其几何尺寸进行参数化处理.1.2 侧倾角刚度计算对横向稳定杆进行参数化处理后，便可根据这些参数计算横向稳定杆的侧倾角刚度.横向稳定杆所受载荷为反对称性载荷，据此可知横向稳定杆对称中心的扭转角度为0°，其竖直方向的位移也为0[4].C、D点由于橡胶套筒的约束允许横向稳定杆在这两个位置只能绕着轴线转动和沿着轴线运动.为了计算横向稳定杆的侧倾角刚度，需要先计算A、J点在反对称力F作用下的位移.下面采用莫尔积分法[5- 6]计算横向稳定杆在反对称力F作用下A点的位移.由于横向稳定杆的几何形状呈对称性，受力呈反对称性，因此取其一半进行受力分析即可.假定横向稳定杆的对称点为O点，将该点看作固定端点，根据莫尔积分法原理，分别对稳定杆端点A在力F和单位力作用下进行受力分析.莫尔积分法受力分析如图2所示.横向稳定杆的端点在力F作用下时，AB段受到弯矩作用而变形，BC段受到弯矩、扭矩组合作用变形，CO段也受到弯矩、扭矩组合作用变形.根据受力分析对图2中的AB段分别列出其距端点A的弯矩变量，对BC段也分别列出其距对称中心点O的弯矩与扭矩变量，见表1.根据受力分析，忽略橡胶衬套的变形，忽略CO段在弯矩作用下的微小角位移对BC段造成的位移的影响，设A点的位移为ΔA，E为材料弹性模量，Iz为横向稳定杆截面主惯性矩，G为材料切变模量，Ip为横向稳定杆截面极惯性矩，υ为材料的泊松比，由莫尔积分法可得根据材料力学有G=E/[2(1+υ)]，Ip=2Iz，对式(1)进行积分可得A点相对于横向稳定杆杆身的角位移φ为φA点相对于横向稳定杆杆身的恢复力偶距M为M=F(L1-2Lcos θ)设Kφ为横向稳定杆的侧倾角刚度，联立式(1)-(4)并考虑横向稳定杆工作时为微变形，可得横向稳定杆的侧倾角刚度为Kφ由式(5)可以看到，只要知道横向稳定杆的几何尺寸参数并确定材料特性，便可计算出其侧倾角刚度.在侧倾角刚度作为汽车选用横向稳定杆的重要考虑因素下，此公式为横向稳定杆的初步选择提供了重要的参考依据.1.3 强度校核根据侧倾角刚度初步选好横向稳定杆后，需要对其强度进行校核，以检验其是否达到使用的要求.如果横向稳定杆的强度达不到要求，那么汽车在严峻的行驶工况下极易造成横向稳定杆的破裂损坏，从而可能导致交通事故的发生[7].要对横向稳定杆进行强度校核，需要确定横向稳定杆工作时受到相当应力最大的截面.当其应力超过横向稳定杆的承受范围时，横向稳定杆通常从这些危险截面开始破裂直至损坏，从而使横向稳定杆丧失工作能力.由式(2)和图1可求出横向稳定杆所受的支撑反力，然后画出横向稳定杆的弯矩和扭矩图，如图3所示.由横向稳定杆的弯矩和扭矩图可以看到，横向稳定杆的潜在可能危险截面为B、C、D、H点所在截面.考虑B、H和C、D变形的一致性，文中只分析B、C点所在截面的情况.对B点偏向横向稳定杆杆臂一侧的情况进行分析，得B点所在危险截面的最大应力为C点所在截面的最大正应力和最大扭转切应力为依据材料力学中第四强度理论，可得到B、C点的相当应力和为对式(9)、(10)的大小进行比较，确定两者中最大值的条件，设横向稳定杆工作时最大等效应力为，即有把式(5)代入式(2)，可得若得到汽车悬架弹簧的最大行程或横向稳定杆工作时横向稳定杆杆臂的最大位移以及横向稳定杆材料的设计许用应力，即可根据式(9)-(12)对横向稳定杆工作时的强度进行初步校核，以判断横向稳定杆的设计是否合理.1.4 有限元仿真下面将对横向稳定杆进行有限元仿真分析，以验证横向稳定杆的侧倾角刚度的计算和危险截面判断的正确性.有限元仿真分析中的横向稳定杆的几何尺寸采用某SUV现有的横向稳定杆(文中将其称为B型横向稳定杆)的几何尺寸.为了仿真分析的简便性，对该杆进行适当的简化处理，将横向稳定杆看作等截面圆，有限元仿真模型中加入杆身与杆臂之间半径为R的倒圆角，以使仿真模型和实物模型更加接近.仿真模型中的横向稳定杆的具体几何参数如下：L为278 mm，L1为760 mm，L2为640 mm，θ为127.7°，d为30 mm，R为40 mm.根据横向稳定杆的具体几何参数，在Catia软件建立横向稳定杆的空间几何模型，如图4所示.然后把三维模型导入Hypermesh中进行网格划分.网格采用三维十节点四面体结构solid92单元，该单元能模拟不规则网格且具备计算大变形和大应变的能力[8]，适合模拟横向稳定杆大变形大应变的实际情况.模型共划分为15 380个单元、132 059个节点.网格划分好后，便可以创建接触对，即橡胶衬套和横向稳定杆之间的接触，这里为面-面接触，并且为线性接触，同时忽略接触间的摩擦[9].在有限元仿真分析中，横向稳定杆的材料选用50CrVA，弹性模量E为210 GPa，泊松比υ为0.3，密度为7.85 g/cm3.把套筒当作刚体，对套筒外表面施加沿各个方向的固定位移约束，对稳定杆端部截面圆中心施加方向相反、大小为2 500 N的集中载荷，方向垂直于横向稳定杆整体所在的平面.利用Radioss对横向稳定杆进行有限元计算，所得有限元仿真分析结果如图5所示.由仿真结果可知:横向稳定杆的最大位移发生在杆臂的末端，最大变形位移为9.674 mm；最大应力发生在横向稳定杆与套筒的连接面上，最大vonMises应力为308.0 MPa.根据横向稳定杆的具体几何参数，利用前面所述的分析方法计算该杆的理论最大变形位移和最大应力，并和仿真分析结果进行对比，结果如表2所示.由表2可知，横向稳定杆的理论计算与仿真分析误差在5%以内，考虑到模型的简化和网格密度等的影响，在小误差范围内，仿真结果和理论计算结果吻合得较好，仿真分析中所体现出来的最大位移点和最大应力点也与理论计算的情况相吻合，证明此参数化分析方法是有效的.根据几何尺寸参数化后的横向稳定杆可知，要使横向稳定杆能在已确定结构的汽车上正确安装，Lsin θ、L1-2Lcos θ的值应为确定的常数.根据这个原则对该SUV的横向稳定杆进行优化设计[10- 11].根据图1和1.4节中B型横向稳定杆的几何参数进行计算，可知要使横向稳定杆能在SUV车型上正确安装，应满足Lsin θ=0.22L1-2Lcos θ=1.1文中假定横向稳定杆的直径d为30 mm，在保持其直径和安装条件不变的情况下，通过优化其他参数来提高横向稳定杆的侧倾角刚度.把式(13)、(14)都表示成θ的函数，并假定L2与L1的比值为N，将这些关系式代入式(5)，通过简单的计算并化简可得到Kφ=121 238.576 5sin3θ/{0.085 2+Psin3θ[0.755+P2Q31.32PQ2cot θ+0.580 8Qcot2θ]}式(15)中的横向稳定杆的侧倾角刚度是关于θ和N的函数关系式，根据实际情况，易知N的取值范围在0和1之间.汽车的车身宽度一般在1.5 m以内，以1.5 m为横向稳定杆杆身长度L1的最大值，横向稳定杆与车身的两个铰接点之间的最小距离L2为0 m，根据这些极限范围很容易得到θ的取值在30°～160°之间.以θ为横坐标，Kφ为纵坐标，根据式(15)，N分别取0～1之间且间隔为0.1的11个数，在Matlab中分别作出这些关系曲线，如图6所示.由图6可知，在N非常小的情况下(N=0.0或0.1),横向稳定杆的侧倾角刚度随着夹角θ的增加而增加，此时横向稳定杆的杆身与车身的两个铰接点之间的距离非常小.虽然这时增大夹角能增加横向稳定杆的侧倾角刚度，但增大的程度有限，且容易造成材料的耗费.当N增大时，横向稳定杆的侧倾角刚度随着横向稳定杆杆身与杆臂的夹角的增加呈先增加后减少的趋势，横向稳定杆的侧倾角刚度的最大值出现在2～2.5 rad之间，且随着N值的增大横向稳定杆的侧倾角刚度的最大值会稍微增大，最大值出现在更加接近2.5 rad夹角的时候.此比例系数优化法为进行不同车型横向稳定杆的优化设计提供了指导.对于该SUV在设计横向稳定杆时，在满足安装条件的前提下，可以尽量选择更大的比例系数N，且使横向稳定杆杆身与杆臂的夹角在2～2.5 rad之间，这样就可以用较少的材料获得较大的侧倾角刚度值.在对横向稳定杆进行优化设计时，需要考虑其能否满足使用的强度条件.将上述优化设计过程的约束参数代入式(10)，可得由式(16)可以看到，在已确定结构的汽车上，当横向稳定杆所受到的载荷确定时，横向稳定杆所受到的最大应力只与横向稳定杆杆身与车身的铰接点之间的距离L2有关.因此，从横向稳定杆的结构和寿命上考虑，当所选择的L2值与横向稳定杆的两个端点之间的水平距离越接近时，横向稳定杆所受到的最大应力就越小.在此原则指导下进行优化设计时，除了要考虑上述优化设计的规律外，还应使L2的值尽量接近横向稳定杆杆臂两端点之间的水平距离，以减少横向稳定杆工作时所受到的最大应力值，从而增加横向稳定杆的使用寿命.3.1 ADAMS/Car工况仿真由于该SUV车型的B型横向稳定杆的几何参数已达到较优化，为了进行对比，将引入图6中N=0.4、θ=2 rad时的横向稳定杆(A型横向稳定杆)进行建模，以在ADMAS/Car软件中进行仿真实验[12]，其参数如下：L为242 m，L1为898.5 mm，L2为359.4 mm，θ为114.6°，d为30 mm，R为40 mm.本次进行的仿真分析实验主要是转向盘角阶跃实验[13- 14]，这个实验能反映车辆自身的侧倾稳定性能，从而判断不同横向稳定杆的抗侧倾效果的优劣.仿真车辆分别配备了上述的A型与B型横向稳定杆，以下简称A型车辆和B型车辆.转向盘角阶跃实验流程如下：根据该SUV的整车参数，通过计算并取整可得到实验车辆的车速为100 km/h，根据国标要求，为了使实验车辆稳态后的侧向加速度达到0.5 g左右，应该在0.3 s内使实验车辆的方向盘转过45°[15].仿真结束后所得横摆角速度响应曲线、横向加速度响应曲线和侧倾角随横向加速度变化的关系如图7所示.从图7(a)可知，在仿真实验过程中B型车辆比A型车辆进入稳态响应的时间稍提前一点.由图7(b)可知，A型车辆的稳态横向加速度超过了0.5g，而B型车辆的稳态横向加速度只有0.48g，因此B型车辆具有更高的侧倾稳定性.由图7(c)可知，车辆的侧倾角与横向加速度大致呈线性增长关系，这与理论计算相符合，由于A型车辆横向稳定杆的侧倾角刚度比B型车辆的要小，因此随着横向加速度的增大，A型车辆的侧倾角度要比B型车辆的大，且两车之间的侧倾角差值增大.3.2 整车实验实验车辆和场地由某公司提供，实验所选用的B型横向稳定杆为该车辆原有的横向稳定杆，实验选用的A型横向稳定杆根据3.1节中A型横向稳定杆的参数设计加工而成.实验前应对实验车辆的功能和使用状况进行检查，以保证车辆各方面功能良好，实验道路应满足转向盘角阶跃实验中国家规定的标准.实验过程中的数据采集系统采用实验室自主开发的集数据采集与显示功能一体化的数据采集处理系统(简称为AccRoll系统)，该系统能利用陀螺仪采集得到车辆的横摆角速度、横向加速度和侧倾角等数据[16- 17].装有横向稳定杆的实验车辆如图8所示.3.2.1 A型横向稳定杆对A型车辆进行方向盘角阶跃实验，所得的侧倾角、横向加速度响应曲线和侧倾角随横向加速度变化的关系如图9所示.对比图7(b)和图9(b)、图7(c)和图9(c)可知，在仿真实验中，稳态响应后，A型车辆的横向加速度和侧倾角分别为0.51g和1.78°，而实验结果的平均值分别为0.52 g和1.61°，误差分别为2.0%和-9.6%，考虑到简化和其他原因带来的误差，在一定的误差允许范围内，实验和仿真结果吻合得较好.3.2.2 B型横向稳定杆对B型横向稳定杆车辆进行方向盘角阶跃实验，所得的侧倾角、横向加速度响应曲线和侧倾角随横向加速度变化的关系如图10所示.对比图7(b)和图10(b)、图7(c)和图10(c)可知，在仿真实验中，稳态响应后，B型车辆的横向加速度和侧倾角分别为0.48 g和1.49°，而实验结果的平均值分别为0.47 g和1.42°，误差分别为2.1%和-4.7%，仿真和实验结果吻合较好.从仿真与整车实验结果的对比可知，在较小的误差范围内，实验和仿真结果整体上吻合得较好，这说明通过仿真对实验进行预测是可行和准确的.通过以上对比可知，B型横向稳定杆的侧倾稳定性更优.文中提出了一种针对横向稳定杆的参数化分析方法，该方法能简单、有效地推算出其侧倾角刚度，并进行强度校核.对于某SUV车型的横向稳定杆，通过对其受载荷时最大位移和最大应力的理论计算与有限元计算之间的对比，发现计算结果的误差均在可以接受的范围内，因此证明此分析方法是可行的.在此基础上，以侧倾角刚度为优化目标，采用比例系数优化法对横向稳定杆进行了优化.最后，通过在Adams/Car里的整车仿真和道路实车实验的对比，在转向盘角阶跃实验下，验证了优化后的横向稳定杆具有更好的侧倾稳定性.。

【毕业论文】双横臂式前独立悬架的优化设计沈阳理工大学学士学位论文摘要悬架是汽车上的重要总成之一，悬架的作用是弹性地连接车桥和车架，减缓行驶中车辆受到由路面不平引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好，迅速衰减由于弹性系统引起的振动，使车轮按一定轨迹相对车身运动。

悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和平安性，所以研究悬架成为研究汽车中的重要一个环节，ADAMS软件为研究汽车悬架运动学分析提供了帮助。

本次毕业设计首先利用ADAMS软件的View功能给定设计点，创立悬架模型，通过测试悬架模型得到一些曲线和数据，比照这些曲线和数据之后得出轮胎接地点的侧向滑移量变化是影响悬架的重要因素。

所以将目标函数定为车轮接地点的侧向滑移量。

然后通过ADAMS软件的后处理功能优化前悬架模型，最后得出使轮胎接地点的侧向滑移量变化最小的一组数据。

从而到达优化的效果。

关键词：双横臂独立悬架；运动学分析； ADAMSAbstractSuspense is one of the important parts in a car. Suspense serves as a role that connects the axles and frames in a much bouncing way which cankill the unavoidable shock when the car is on a unsmooth road, thus making sure that the goods in the car cannot be damaged as well as guaranteeing a better driving pleasure. It can quickly kill the shock from the bouncing system to let the wheel move a the course of the car. Suspense determines the stability, riding comfort, and safety. Therefore, analyzing the suspense becomes one of the greatest parts of the whole analysis. ADAMS software did a great help to the analysis of suspense kinematics.Thedesign of ADAMS software first given design points, View function tocreate suspension model, through the test suspension model get some curves and data, contrast these curves and data that pick up the tyres after the change of lateral sliding site is the important factors affect suspension. So will the objective function as the wheels of lateral slip pick site. Then through the ADAMS software post-processing function optimizationmodel of the suspension, finally come to pick up the tire place lateral sliding the smallest quantity of set of data. This group of data isfinally wanted results.Key words: double wishbone suspension; kinematics analysis; ADAMS目录TOC \o "1-3" \h \z \u l "_Toc107663939" 1 绪论1l "_Toc107663940" 1.1课题引言1l "_Toc107663941" 1.2 汽车悬架简介1l "_Toc107663942" 1.3 汽车悬架分类1.4 ADAMS简介1.5 本文研究的内容2l "_Toc107663943" 2前悬架模型的建立3l "_Toc107663944" 2.1 创立新模型3l "_Toc107663945" 2.2 添加约束42.3本章小结........................................................................ .. (6)l "_Toc107663948" 3前悬架模型运动学分析7l "_Toc107663949" 3.1 添加驱动7l "_Toc107663950" 3.2测量主销内倾角7l "_Toc107663951" 3.3测量主销后倾角10l "_Toc107663952" 3.4测量前轮外倾角12l "_Toc107663953" 3.5测量前轮前束倾角14l "_Toc107663954" 3.6测量车轮接地点侧向滑移量17l "_Toc107663955" 3.7本章小结19l "_Toc107663974" 4细化前悬架模型21l "_Toc107663975" 4.1 创立设计变量21l "_Toc107663976" 4.2将设计点参数化21l "_Toc107663977" 4.3将物体参数化254.4本章小结 (25)l "_Toc107663982" 5定制界面32l "_Toc107663983" 5.1 创立修改参数对话窗 (3)2l "_Toc107663984" 5.2 修改菜单栏........................................................................ .. (36)l "_Toc107663984" 5.3 本章小结........................................................................ .. (37)6 优化前悬架模型........................................................................ . (26)6.1 定义目标函数 (26)6.2 优化模型 (26)6.3 观察优化结果 (27)6.4 本章小结 (31)l "_Toc107663988" 本文总结40l "_Toc107663989" 致谢41l "_Toc107663990" 参考文献42l "_Toc107663991" 附录A 汉语原文43附录B 英文翻译 l "_Toc107663991" 521 绪论1.1 课题引言在马车出现的时候，为了乘坐更舒适，人类就开始对马车的悬架进行孜孜不倦的探索，随着社会的日益进步和科学技术的不断开展，汽车开始普及，人们对汽车平顺性、稳定性、操控性及其舒适性也有了更高要求。

独立悬架前横向稳定杆改进设计方法
刘永臣
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2010(000)004
【摘要】独立悬架前横向稳定杆的改进设计,可采用经典的计算方法,但存在需已知受力大小等问题.采用计算自振频率的方法能直接根据结构参数得出加长后的前横向稳定杆的直径的改变量.以原型件和改动件的第一阶自振频率相等为标准,分别用理论计算和Ansys模态分析两种方法得出了一致性很好的结论.
【总页数】2页(P143-144)
【作者】刘永臣
【作者单位】淮阴工学院,交通工程系,淮安,223001
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;U463
【相关文献】
1.L型麦弗逊前悬架横向稳定杆对整车性能影响研究 [J], 石晶;孙艳;陈双;李刚;王长明
2.横向稳定杆侧滑问题的分析及改进 [J], 王晓莲;张学博;洪良;张维远;徐琢
3.滑柱摆臂式前独立悬架机构的优化设计方法研究 [J], 梁增镇;李立忠
4.捷达轿车前横向稳定杆改进设计及仿真验证 [J], 李煜华;王艳华;刘宇翔;杜聪
5.前横向稳定杆轻量化与性能验证 [J], 梁飞飞
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浅谈横向稳定杆结构及工艺作者：王泰张航来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第02期【摘要】为了降低汽车的固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架的垂直刚度值都较小，从而使汽车的侧倾角刚度值也很小，结果使汽车转弯时车身侧倾严重，影响了汽车的行驶稳定性。

为此，现代汽车大多都装有横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳定性。

本文主要对稳定杆的结构及工艺进行介绍。

【关键词】横向稳定杆；结构；工艺；浅谈概述为改善汽车行驶平顺性，通常把悬架刚度设计得比较低，其结果是影响了汽车行驶稳定性。

为此，在悬架系统中采用了横向稳定杆结构，用来提高悬架侧倾角刚度，减少车身倾角。

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，在功能上可以看成是一种特殊的弹性元件。

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 横向稳定杆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。

1.1横向稳定杆结构横向稳定杆是汽车悬架系统的重要组成部件，现今行业流行的结构形式有两种。

①实心型稳定杆。

此类稳定杆属于传统形式的稳定杆，也是现今汽车行业使用最多的结构型式。

该类稳定杆的优缺点如下：优点：材料型式简单，加工制造方便。

缺点：等效果下稳定杆重量较重，经济性较差。

②空心型稳定杆。

此类稳定杆是基于传统型式的稳定杆进行改进而得到的。

也是现今汽车行业逐渐开始使用的结构型式。

该类稳定杆的优缺点如下：优点：材料型式简单，加工制造方便，等效果下稳定杆重量较轻，经济性较好。

横向稳定杆断裂原因分析及改善■张月，胡赞，杨丽卉，陈然摘要：某横向稳定杆在试验过程中未达到设计使用寿命即发生断裂。

对断裂稳定杆进行断口分析及理化检测分析表明，稳定杆表面局部硬度偏低导致稳定杆发生疲劳断裂。

结合稳定杆的生产工艺过程分析，得出成形及热处理过程中冷速问题是引起稳定杆表面局部硬度偏低、导致稳定杆断裂的主要原因。

通过改善问题点，从而避免了稳定杆断裂的再次发生。

关键词：横向稳定杆；失效；疲劳断裂；热处理；冷却速度横向稳定杆是汽车悬挂中横向布置的扭杆弹簧，起到防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾和改善平顺性的作用。

某横向稳定杆在试验时发生断裂。

该稳定杆的材质为60Si2MnA，硬度要求36~42HRC，生产工艺流程为：下料→端部锻造→打孔、镗孔→整体加热成形→淬火→回火→校型→喷丸强化→喷涂→标识→包装储存。

1. 断口分析稳定杆断裂于弯折过渡位置（见图1），位于稳定杆最大应力分布位置——衬套安装位置附近。

断面较平齐，没有明显的塑性变形特征，断口（见图2）呈典型的疲劳断口特征，由疲劳裂纹源、裂纹扩展区和最后断裂区组成。

疲劳裂纹源起于稳定杆表面，裂纹源区未发现磕碰痕迹，肉眼可见由多个台阶组成、源区约占1.5mm宽度范围，疲劳起源为多点起源。

疲劳扩展区约占整个断口面积的60%。

裂纹早期扩展区光滑平坦且呈黄色，已发生锈蚀，贝纹线不明显；后期扩展区贝纹线清晰可见。

最后断裂区较粗糙，平面区可见快速扩展的放射线，边缘区为剪切唇。

通过扫描电子显微镜进行微观观察（见图3~图5），未观察到其他明显异常，疲劳扩展区可见明显的疲劳辉纹（见图4），最后断裂区为韧窝特征（见图5）。

2. 理化分析（1）化学成分稳定杆化学成分检测结果（见表1）符合图1 稳定杆断裂位置图2 断口宏观形貌图3 裂纹源区微观形貌图4 疲劳扩展区微观形貌60Si2MnA （GB/T 1222—2016）材质要求。

（2）金相组织 在断口位置附近分别取横、纵截面样品制备金相样，纵截面样垂直稳定杆一侧断口的裂纹源切取（金相I ），横截面样从稳定杆另一侧断口附近切取（金相II ）。

汽车横向稳定杆系统优化设计栗明;邓召文;付筱【摘要】横向稳定杆系统是汽车悬架中的一种重要辅助弹性元件,在改善汽车平顺性方面可以提高汽车的侧倾刚度,减少汽车横向侧倾程度.基于此目的,在满足汽车安全可靠的基础上,对汽车横向稳定杆系统进行了合理的悬架系统刚度匹配及轻量化设计,最后通过对优化后汽车前后横向稳定杆系统的ANSYS疲劳寿命校核,结果表明汽车的操纵稳定性通过优化得到显著提升.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)009【总页数】5页(P28-31,40)【关键词】横向稳定杆;刚度匹配;轻量化设计;疲劳寿命【作者】栗明;邓召文;付筱【作者单位】261001 山东省潍坊市潍柴动力股份有限公司;442002 湖北省十堰市湖北汽车工业学院汽车工程学院;442002 湖北省十堰市湖北汽车工业学院汽车工程学院【正文语种】中文【中图分类】U463.33;U467.40 引言横向稳定杆系统是汽车悬架中的一种重要辅助弹性元件。

汽车通过增设横向稳定杆系统来提高侧倾刚度，已经成为一种改善汽车平顺性的重要手段。

随着驾驶者对汽车平顺性和操纵稳定性能要求的不断提高，汽车横向稳定杆系统的优化设计和调教已成为汽车底盘总成设计的关键。

横向稳定杆的结构主要有实心式和空心式杆稳定杆两种。

实心式稳定杆设计难度小，但加工难度大，且轻量化程度不高；空心式稳定杆设计难度较大，加工工艺复杂，易实现轻量化目标。

为了提高汽车的轻量化设计水平，本文设计了空心式、刚度可调的汽车前后横向稳定杆系统。

1 汽车横向稳定杆设计为了增加稳定杆系统的可靠性，汽车横向稳定杆大部分采用弹簧钢（65Mn或者60Si2Mn），以提高汽车的操纵稳定性和使用寿命。

在汽车的实际设计开发过程中，在保证车架设计参数不变的前提下，完成横向稳定杆系统基本参数的优化设计，以减少车架设计和修改的难度[1]。

1.1 前后横向稳定杆角刚度匹配侧向力作用下，汽车前轴左、右车轮的垂直载荷变动量增大，汽车趋于增加不足转向量；反之汽车趋于减少不足转向量。

扭杆式双横臂独立悬架改型设计与运动特性分析扭杆式双横臂独立悬架是现代汽车中较为常见的独立悬架类型之一。

在车身结构紧凑、悬架要求低重心、低重量的轿车和跑车上使用较多。

本篇文章将介绍该悬架的设计改型和运动特性分析。

设计改型扭杆式双横臂独立悬架由两个横向安装的悬架臂和一根垂直安装的扭杆构成。

设计改型主要针对悬挂结构材料的改进、减轻重量、提高刚度等方面。

首先，通过对扭杆进行轻量化设计，使用高强度材料，如碳纤维增强复合材料等使其强度更高、重量更轻。

同时，考虑到悬挂部件经常受到冲击和振动，应采用抗疲劳材料，提高悬挂寿命。

其次，改进悬架臂的结构设计，采用多孔形式增加刚度，减少重量。

新型结构的悬架臂可以通过调整截面形状和孔洞位置，获得足够的强度和刚度，并可大幅降低重量。

同时，为提高抗扭强度，悬架臂的中空截面会尽量保持圆形或类圆形。

最后，改进悬架连接它件的设计，采用高强度合金连接头，在确保连接稳固的同时，尽可能缩小其尺寸。

在相同强度的情况下，新型连接头的尺寸相对更小，在重量和占用空间两个方面得到了优化。

运动特性分析扭杆式双横臂独立悬架的运动特性受到悬挂构造、悬挂几何学和悬挂参数等多种因素的影响。

以下是该悬架的运动特性分析：1. 压缩表现当车辆转向、行驶在崎岖路面上或路面高度变化较大时，车轮可能会不断向上压缩，导致悬挂处发生较大的位移。

这时，扭杆发挥了扭转作用，对弯曲作用产生了补偿，保证车身的稳定性。

2. 控制换向悬架的换向性能主要由车轮对车身的横向力传输效率、扭杆和横向连接件的弯曲刚度等因素共同决定。

较高的刚度可以减少转弯时的侧倾，使车辆行驶更加平稳。

3. 提高悬挂舒适度扭杆式双横臂独立悬架中的横臂和扭杆是负责吸收震动的主要构件，在处理小幅路面起伏时非常有效。

此外，悬架臂长度的设计也对舒适性有直接影响。

较长的臂可以减少车身对细微路面不平度的反应，提高乘坐舒适度。

总之，扭杆式双横臂独立悬架适用于运动型车辆的悬挂系统。

CAD/CAE课程设计汽车前悬架优化设计姓名 _____________学号 _____________专业 _____________班级 _____________指导教师 _____________年月日CAE课程设计任务书第一组：参照ADAMS实例教程出版社:北京理工大学出社。

作者:李军等编。

建立第三章第二节汽车前悬架模型。

数据可以是参考书上（主销长度330mm，主销内倾角10°，主销后倾角2.5°，上横臂长350mm，上横臂在汽车横向平面内的倾角11°，上横臂轴水平斜置角-5°，下横臂长500mm，下横臂在汽车横向平面内的倾角9.5°，下横臂轴水平斜置角10°，车轮前束角0.2°）。

同时要测试、细化和优化前悬架模型（目标函数：车轮接地点侧向滑移量）。

目录一、基础资料 (4)1.软件简介 (4)2.悬架介绍 (5)3.汽车使用性能 (6)二、创建前悬架模型 (8)1.创建新模型 (8)2.创建设计点 (8)3.创建主销 (9)4.创建上横臂 (9)5.创建下横臂 (9)6.创建拉臂 (9)7.创建转向拉杆 (9)8.创建转向节 (10)9.创建车轮 (10)10.创建测试平台 (10)11.创建弹簧 (10)12.创建球副 (11)13.创建固定副 (11)14.创建旋转副 (12)15.创建移动副 (13)16.创建点—面约束副 (13)17.保存模型 (13)二．测量车轮接地点侧向滑移量 (14)1.添加驱动 (14)2.测量车轮接地点侧向滑移量 (16)三.细化前悬架模型 (17)1.创建设计变量 (17)2.将设计点参数化 (21)3.将物体参数化 (24)4.保存模型 (25)四.定制界面 (25)1.创建修改主销参数对话窗 (25)2.创建修改上横臂参数对话窗 (28)3.创建修改下横臂参数对话窗 (31)4.修改菜单栏 (33)五、优化前悬架模型 (35)1.定义目标函数 (35)2.优化模型 (36)3.察看优化结果 (41)4.优化结果分析 (42)七、设计体会 (43)八、参考文献 (44)一、基础资料1.软件简介ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。

ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.０３.０１６捷达轿车前横向稳定杆改进设计及仿真验证李煜华ꎬ王艳华ꎬ刘宇翔ꎬ杜㊀聪(中北大学能源动力工程学院ꎬ山西太原㊀０３００５１)摘要:为解决捷达轿车在高速过弯时侧倾现象严重从而对操纵性产生严重影响的问题ꎬ对其横向稳定杆采取了将弹簧钢换成高强度钢㊁改变过渡区角度和变截面３种设计方案ꎬ利用有限元方法对３种方案进行仿真分析ꎮ然后将得到的应力㊁位移和扭转角刚度数据进行分析比对ꎬ综合性能和经济等因素ꎬ从而确定变截面设计为最优方案ꎮ最后利用莫尔积分法ꎬ验证了变截面方案的准确性ꎮ结果表明ꎬ优化后的稳定杆在高速过弯时能够大幅度减少杆的最大位移以及最大应力ꎬ显著提高了捷达轿车的行驶稳定性和操纵性ꎮ关键词:横向稳定杆ꎻ变截面设计ꎻ扭转角刚度ꎻ有限元分析中图分类号:Ｕ４６３.３３㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)０３－００６９－０５㊀㊀随着汽车保有量的不断增多ꎬ人们对汽车安全性的要求越来越高ꎬ尤其是对行驶稳定性的要求更是苛刻ꎬ因此发明了横向稳定杆来减少侧倾ꎬ提高行驶稳定性ꎮ横向稳定杆的发展已经有７０年左右的历史ꎬ德国的Ｍｕｂｅａ公司采用诱导稳定杆表面的残余压应力来提高行驶的稳定性[１]ꎮＴｈｙｓｓｅｎＫ￣ｒｕｐｐ公司为高端轿车ＢＭＷ７系汽车开发了主动式的横向稳定杆[２]ꎬ这种稳定杆可以根据路面的反馈来及时调节扭矩ꎬ使汽车时刻具有良好的稳定性ꎮ上海交通大学对横向稳定杆采取空心化设计ꎬ同时将稳定杆更换为高强度钢来减轻质量㊁提高行驶稳定性[３]ꎮ对于国外提出的主动式横向稳定杆ꎬ虽然可以大幅度提高行驶稳定性ꎬ但是成本太高ꎬ只适合安装在高端轿车上ꎮ上海交通大学提出的横向稳定杆空心化并且采用高强度钢的方法ꎬ虽然能够提高行驶稳定性ꎬ但是制造工艺复杂ꎬ对生产设备要求很高ꎬ很难实现大规模生产ꎮ本文为了减少捷达轿车高速过弯时的侧倾现象㊁提高行驶稳定性为目的ꎬ对原横向稳定杆提出了３种优化方案ꎬ为找到一种能提高行驶稳定性ꎬ同时便于生产制造㊁成本低㊁适合安装在大部分经济型汽车上的改良方案提供依据ꎮ１㊀原横向稳定杆的仿真实验本文以捷达汽车原横向稳定杆作为研究对象进行仿真实验ꎮ物理性质如下:采用弹簧钢材质[４]ꎬ质量为７.８７７ｋｇꎬ直径为２８ｍｍꎬ密度为７８００ｋｇ/ｍ３ꎮ在ＡＤＡＭＳ/Ｃａｒ虚拟样机中ꎬ仿真车辆以５０ｋｍ/ｈ的速度转弯ꎬ在弯道外侧一端车轮垂向跳动的工况下ꎬ得出作用在横向稳定杆一端Ｚ方向的作用力是５００Ｎꎬ将作用力加载到原横向稳定杆的端面来进行有限元分析ꎮ１.１㊀优化前过弯应力分析采用有限元软件ＡＮＳＹＳ仿真计算出捷达轿车以５０ｋｍ/ｈ的速度过弯时的应力位移和扭转角刚度ꎮ计算得到的应力分布图如图１所示ꎮ图１㊀原横向稳定杆应力分布图收稿日期:２０１８－０４－２８基金项目:山西省自然科学基金资助项目(２０１７０１Ｄ１２１０８２)作者简介:李煜华(１９９３ )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为车辆动态设计优化ꎬ７２９８８４４５０＠ｑｑ.ｃｏｍ.通讯作者:王艳华ꎬ２７０３６３４３１＠ｑｑ.ｃｏｍ.９６ ２０１９年３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｍａｒ.２０１９第４８卷第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８Ｎｏ.３㊀㊀从图１可以看出ꎬ原横向稳定杆的最大应力发生在稳定杆的过渡区位置ꎬ最大应力为１８０ＭＰａꎮ这是由于转弯时原横向稳定杆受到离心力和簧载质量的共同作用ꎮ１.２㊀优化前过弯位移分析弯道外侧的横向稳定杆受到簧载质量和离心力的作用产生反向作用力从而发生变形位移ꎬ在这种工况下ꎬ对捷达轿车过弯时位移进行分析ꎬ位移图如图２所示ꎮ图２㊀原横向稳定杆位移图㊀㊀从图２可以看出ꎬ原横向稳定杆的最大位移发生在横向稳定杆的最右侧ꎬ最大位移为１１.９８ｍｍꎮ此时车身已经发生了明显的侧倾ꎮ１.３㊀优化前过弯扭转角刚度分析对车辆过弯时悬架和稳定杆受力分析可知ꎬ弯道外侧的悬架和稳定杆是受竖直向下的作用力ꎬ弯道内侧的悬架和稳定杆是受向上的反作用力ꎬ杆发生扭转变形ꎬ利用ＭＡＴＬＡＢ拟合扭矩和扭转角ꎬ得到横向稳定杆的扭转角刚度图ꎬ如图３所示ꎮ图３㊀原横向稳定杆扭转角刚度图㊀㊀通过计算曲线的斜率可得此时横向稳定杆的扭转角刚度为２４２８５Ｎ ｍ/ｒａｄꎬ只能够使车辆相对稳定ꎮ２㊀优化方案设计２.１㊀方案设计为提高捷达轿车的行驶稳定性ꎬ减少过弯时的侧倾现象ꎬ减小应力位移ꎬ增大扭转角刚度ꎬ对横向稳定杆提出３个优化方案ꎮ方案一ꎬ将原横向稳定杆的弹簧钢换成高强度钢ꎮ密度由７８００ｋｇ/ｍ３变成了７９００ｋｇ/ｍ３ꎬ泊松比由０.２９变成了０.３０ꎮ方案二ꎬ增加原横向稳定杆过渡区的角度ꎮ将过渡区的角度由原来的４３ʎ增加到５３ʎꎮ方案三ꎬ变截面设计ꎬ在过渡区增加稳定杆的直径ꎮ由原横向稳定杆的应力分布图可以看出ꎬ最大应力发生在稳定杆过渡区的位置ꎬ因此对此位置进行加粗设计ꎬ由原来的２８ｍｍ增加到３２ｍｍꎬ即图４中圈出部分ꎬ其余部分直径不变ꎮ图４㊀变截面设计２.２㊀优化后过弯应力分析分别对３种方案设计的横向稳定杆进行有限元分析ꎬ在稳定杆的端部加载５００Ｎ的作用力ꎬ所得结果如图５~７所示ꎮ图５㊀方案一的应力分布图㊀㊀由图可知ꎬ３种优化方案中最大应力发生的位置是相同的ꎬ都是横向稳定杆的过渡区ꎮ但是最大应力却不相同ꎬ只有方案三应力下降最为明显ꎬ为１０５ＭＰａꎬ下降了７４ＭＰａꎬ降幅达到了４１％ꎮ因此从应力方面考虑ꎬ方案三为最优设计ꎮ２.３㊀优化后过弯位移分析对３种方案设计的横向稳定杆端部进行加载ꎬ０７ ２０１８年第４７卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀方案二的应力分布图图７㊀方案三的应力分布图大小为５００Ｎꎬ方向为Ｚ轴正半轴ꎮ所得结果如图８~１０所示ꎮ图８㊀方案一的位移分布图图９㊀方案二的位移分布图图１０㊀方案三的位移分布图㊀㊀由图可知ꎬ３种方案的最大位移发生处与原横向稳定杆的最大位移发生处相同ꎮ从位移大小来看ꎬ方案三的位移最小ꎬ为７.６ｍｍꎬ减小了４.３ｍｍꎬ降幅达到了３６％ꎬ优化效果最明显ꎮ因此从位移的角度考虑ꎬ方案三为最优设计ꎮ２.４㊀优化后过弯扭转角刚度分析对３种方案设计的横向稳定杆进行扭转角刚度分析ꎮ在稳定杆的两端施加大小相等㊁方向相反的作用力ꎬ用ＭＡＴＬＡＢ拟合扭矩和扭转角ꎬ得到的曲线如图１１所示ꎮ图１１㊀扭转角刚度图㊀㊀从图１１可以看出:方案二的扭转角刚度基本与原稳定杆的扭转角刚度相同ꎻ方案一的扭转角刚度相比原横向稳定杆略有下降ꎬ大小为２３６４２Ｎ ｍ/ｒａｄꎬ下降了６４３Ｎ ｍ/ｒａｄꎻ方案三的扭转角刚度相比原稳定杆有所上升ꎬ大小为２５２１４Ｎ ｍ/ｒａｄꎬ上升了９２９Ｎ ｍ/ｒａｄꎮ因此从扭转角刚度角度考虑ꎬ方案三为最优方案ꎮ２.５㊀方案的确立方案一虽然在位移和应力方面要优于原稳定杆ꎬ但是在扭转角刚度方面却要低于原横向稳定杆ꎬ另外将稳定杆的弹簧钢更换成高强度钢后ꎬ由１７ ２０１９年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李煜华:捷达轿车前横向稳定杆改进设计及仿真验证于密度变大ꎬ因此导致稳定杆的总质量增加了２ｋｇꎬ不利于汽车的燃油经济性ꎬ同时高强度钢的成本要高于弹簧钢ꎬ经济性下降[５－７]ꎮ方案二在扭转角刚度方面与原横向稳定杆基本相同ꎬ但是在应力和位移方面基本没有提高ꎬ同时改变了稳定杆的过渡区角度后ꎬ使汽车安装布置更为复杂[８－９]ꎬ稳定性下降ꎮ方案三在应力方面相比原横向稳定杆下降了４１％ꎬ在位移方面减少了３６％ꎬ在扭转角刚度方面提高了９２９Ｎ ｍ/ｒａｄꎬ虽然在过渡区增加了厚度ꎬ导致的总质量增加了０.２ｋｇꎬ但在应力㊁应变㊁扭转角刚度等方面得到大幅度的优化ꎬ且该变截面设计有成本低㊁加工难度低等优点ꎮ如果同时采纳３种方案ꎬ虽然在应力㊁位移方面都优于原稳定杆ꎬ但是将弹簧钢换成高强度钢后ꎬ总质量增加了１.８ｋｇꎬ成本增加了２倍ꎬ同时因为增大过渡区角度ꎬ导致安装布置比较复杂ꎬ相比于方案三应力㊁位移基本相同ꎬ但是由于高强度钢韧性较差ꎬ所以在扭转角刚度方面要低于方案三ꎬ成本也要高于方案三ꎮ综合分析应力㊁位移㊁扭转角刚度和经济四方面的因素后ꎬ方案三为最优方案ꎮ３㊀理论验证利用莫尔积分法对优化后的变截面横向稳定杆进行理论验证ꎬ对位移㊁扭转角刚度以及应力进行计算ꎮ首先对稳定杆进行参数化处理ꎬ处理结果如图１２所示ꎮ图１２㊀尺寸参数㊀㊀计算出稳定杆在力Ｆ作用下Ａ点的位移[１０]:ΔＡ＝ʏＬ０Ｆｘ２ＥＩＺＨｄｘ＋ʏＬ２－Ｌ１２０(Ｆｙ－ＦＬｃｏｓθ)(ｙ－Ｌｃｏｓθ)Ｈ１ＥＩＺｄｙ＋ʏＬ１２０ＦＬ２ｓｉｎ２θＧＩｐｄｙ(１)式中:ΔＡ为Ａ点的位移ꎻＥ为弹性模量ꎻＩＺ为主惯性矩ꎻＧ＝Ｅ/[２(１＋μ)]ꎬ为切变模量ꎬμ为泊松比ꎻＩＰ＝２ＩＺꎬ为惯性力矩ꎻＨ为变截面的直径ꎻＨ１为原稳定杆的直径ꎻｘ为Ａ点的法向位移ꎻｙ为Ａ点的轴向位移ꎻＬ为转弯区长度ꎻＬ１为过渡区长度ꎻＬ２为过渡区到稳定杆中间的长度ꎻθ为过渡区夹角ꎮ对式(１)进行积分得到:ΔＡ＝Ｆ[８Ｌ３＋１２Ｌ２Ｌ１ｓｉｎ２θ(１＋μ)＋Δ３１－６ＬΔ２１ｃｏｓθ＋１２Ｌ２Δ１ｃｏｓ２θ]/(２４ＥＩＺ)(２)式中:Δ１＝Ｌ１－Ｌ２ꎮ最终计算得ΔＡ＝７.３ｍｍꎬ与有限元仿真结果基本吻合ꎮ扭转角刚度Ｋϕ为:ＫΦ＝ＭΦ＝Ｆ(Ｌ１－２Ｌｃｏｓθ)ａｒｃｔａｎ[ΔＡ/(Ｌ１２－Ｌｃｏｓθ)](３)式中:Ｍ为Ａ点相对于横向稳定杆杆身的恢复力偶距ꎻΦ为Ａ点相对于横向稳定杆杆身的角位移ꎮ经变截面设计后横向稳定杆的扭转角刚度为２５１７５Ｎ ｍ/ｒａｄꎬ与有限元分析值２５２１４Ｎ ｍ/ｒａｄ相近ꎮ有限元应力分析可知ꎬ危险截面发生在Ｂ处ꎬ因此计算Ｂ处的最大正应力δ和最大扭转切应力τꎮδ＝ＭＷＺ＝１６Ｆ(Ｌ１－Ｌ２)－３２ＦＬｃｏｓθπｄ３(４)τ＝ＴＷｐ＝１６ＦＬｓｉｎθπｄ３(５)式中:ＷＺ为杆臂的弯曲截面系数ꎻＷｐ为杆身的扭转截面系数ꎻＴ为扭转切应力ꎮ最大应力σ计算公式如下:σ＝δ＋τ(６)经计算得最大应力σ为１１０ＭＰａꎬ与有限元分析值相近ꎬ因此可以证明变截面优化方法可靠ꎮ４㊀结束语本文针对捷达轿车以５０ｋｍ/ｈ的速度转弯时侧倾现象比较严重的问题ꎬ对捷达轿车前横向稳定杆进行有限元分析ꎬ得到位移㊁应力和扭转角刚度ꎮ为此提出了３种方案来优化侧倾问题ꎬ经过有限元分析后ꎬ综合考虑经济㊁加工难度㊁安装布置等因素ꎬ最终确定变截面设计为优化方法ꎮ变截面优化设计能够在一定程度上减少侧倾现象ꎮ通过对变截面设计的横向稳定杆进行理论计算ꎬ计算结果与２７２０１８年第４７卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀有限元结果基本吻合ꎬ验证了变截面设计的有效性ꎮ参考文献:[１]㊀王靖岳ꎬ汽车悬架横向稳定杆的参数化设计[Ｊ].汽车工程师ꎬ２０１４(９):３９－４１.[２]㊀李群ꎬ何耀华.基于ＣＡＴＩＡ的汽车横向稳定杆的参数化设计[Ｊ].汽车工程师ꎬ２０１１(６):２４－２６.[３]㊀郑恩瑞ꎬ夏长高ꎬ陈松.基于主动横向稳定器的车辆稳定性研究[Ｊ].机械科学与技术ꎬ２０１５ꎬ１２(２７):１９５２－１９５５. [４]㊀李俊伟ꎬ唐应时ꎬ王为才ꎬ等.应用变刚度横向稳定杆的客车侧倾控制[Ｊ].现代制造工程ꎬ２０１２(８):１２－１６. [５]㊀文广伍ꎬ谷正气.基于新型横向稳定杆的自卸车侧倾性能优化[Ｊ].中国公路学报ꎬ２０１３ꎬ２６(５):１７７－１８２. [６]㊀丁飞ꎬ张农ꎬ韩旭.安装液压互联悬架货车的机械液压多体系统建模及模态分析[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１２ꎬ４８(６):１１６－１２３.[７]㊀周兵ꎬ吕绪宁.主动悬架与主动横向稳定杆的集成控制[Ｊ].中国机械工程ꎬ２０１４ꎬ２５(１４):１９７８－１９８３.[８]㊀郑严.基于智能算法的结构可靠性分析及优化设计研究[Ｄ].成都:西南交通大学机械工程学院ꎬ２０１２. [９]㊀周兵ꎬ颜炳超.基于主动横向稳定杆的ＡＦＳ的车辆稳定性协调控制[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０１５ꎬ３４(１８):１１１－１１７. [１０]ＢＡＢＥＳＳＥＳꎬＡＭＥＤＤＡＨＤ.Ｎｅｕｒｏｎａｌａｃｔｉｖｅａｎｔｉ－ｒｏｌｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｓｉｎｇｌｅｕｎｉｔｈｅａｖｙｖｅｈｉｃｌｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈＲＳＴｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃａｃｔｕａｔｏｒ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｖｙＶｅｈｉｃｌｅＳｙｓｔｅｍｓꎬ２０１５ꎬ２２(３):２３６－２５４.[１１]陶利民ꎬ何维廉.非独立悬架轻型客车操纵稳定性仿真分析[Ｊ].传动技术ꎬ２０１０ꎬ２４(４):１１－１２.[１２]叶鹏.汽车横向稳定杆疲劳可靠性研究[Ｄ].合肥:合肥工业大学ꎬ２０１０.[１３]ＣＲＯＮＪＥＰＨꎬＥＬＳＰＳ.Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｏｆｆ－ｒｏａｄｖｅｈｉｃｌｅｈａｎｄｌｉｎｇｕｓｉｎｇａｎａｃｔｉｖｅａｎｔｉ－ｒｏｌｌｂａｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｅｒｒａｍｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０１０ꎬ４７:１７９－１８９.[１４]刘一夫.横向稳定杆对整车侧倾及纵倾特性的影响[Ｊ].机械设计ꎬ２０１３ꎬ３０(２):９２－９６.[１５]李真炎.基于ＰＩＤ控制的汽车主动横向稳定杆技术的研究[Ｍ].广州:华南理工大学出版社ꎬ２０１５.ＴｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｂａｒｏｆＪｅｔｔａｃａｒＬｉＹｕｈｕａꎬＷａｎｇＹａｎｈｕａꎬＬｉｕＹｕｘｉａｎｇꎬＤｕＣｏｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａꎬＳｈａｎｘｉＴａｉｙｕａｎꎬ０３００５１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｅｒｉｏｕｓｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｄｕｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅＪｅｔｔａｃａｒａｔｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｃｏｒｎｅ￣ｒｉｎｇꎬｔｈｅｔｈｒｅｅｏｐｔｉｏｎｓｏｆｒｅｐｌａｃｉｎｇｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌｗｉｔｈｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌꎬｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅꎬａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｓｅｃｔｉｏｎａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ.Ｔｈｅｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｔｈｅｆｒｏｎｔｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｂａｒ.Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅｄａｔａｏｆｓｔｒｅｓｓꎬｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｔｏｒｓｉｏｎａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｃｏｍ￣ｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｓａｒｅｆｉｎａｌｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｏｕｓｅｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｓｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅＭｏｏｒｅｉｎｔｅ￣ｇｒａｌｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｂａｒｃａｎｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｈｅｎｃｏｒｎｅｒｉｎｇａｔｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓꎬｗｈｉｃｈｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｄｒｉｖｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｂａｒꎻｖａｒｉａｂｌｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎꎻｔｏｒｓｉｏｎａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ３７２０１９年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李煜华:捷达轿车前横向稳定杆改进设计及仿真验证。

FSC横向稳定杆设计及有限元分析作者：陈柯序，周怡洁，杨雳来源：《时代汽车》 2018年第8期1引言大学生方程式赛车(FSC)中常采用双横臂独立式悬架，特点是车质量轻，比功率大，在快速转向时两侧悬架发生不等量变形大，引起车身侧倾，会极大程度上影响赛车的弯中姿态和转向特性，此时需要横向稳定杆提供抑制车身侧倾的力矩，增加悬架的侧倾角刚度，以提升赛车的操稳性。

横向稳定杆(anti-roll bar)，其固定在左右悬架的下臂。

（其基本结构如图1）赛车在转弯时作用在车的滚动中心的离心力造成车身的侧倾，侧倾后，簧上质量加剧侧倾，导致赛车弯内轮和弯外轮的减震弹簧拉伸和压缩，载荷转移，造成横向稳定杆的杆身扭转，其利用杆身被扭转产生的反弹力来抑制车身侧倾。

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。

赛车设计中根据车手的驾驶习惯不同，常常会将前后悬都装上稳定杆，调节到略微转向过度（就个人驾驶习惯而言）。

最理想的状态是把横向稳定杆所提供的侧倾角刚度控制在悬架的总侧倾角刚度的20%~50%之间。

2横向稳定杆侧倾刚度计算汽车上悬架系统的稳定装置可以装与纵向，也可装与横向，对于二轴汽车，在前轴或是后轴加装需要经过具体的分析来匹配整车的性能[l。

在进行稳定装置的匹配过程之中，纵向的相对来说便于计算，而横向的稳定杆却相对较复杂一些。

它必须由整车操稳性和车身的受力状况两大因素综合考虑决定。

主要是通过对横向稳定杆的设计来控制前后轴角刚度Kl和K2的分配关系。

换言之，控制前后角刚度的比值入=Kl/K2。

首先需要考虑的是一个合理的转向特性。

车轴的偏离角的大小是与该车轴的角刚度成正比的。

通过横向稳定杆来调整整车的角刚度在前后轴上的分配，可以改变前后轴的偏离角的大小。

进而改变整车的转向特性趋势。

但是，这仅仅是考虑了横向稳定杆的单一作用下的结果。

实际中整车的转向特性是由多方面因素共同决定的，如轴荷分配、结构参数、轮胎材料等。

汽车横向稳定杆的热处理r——技术要求及工艺控制要点王海宝【摘要】横向稳定杆是汽车悬架中的一种辅助弹性元件.横向稳定杆起到增加悬架刚度的作用.装有横向稳定杆的车辆行驶较稳定、舒适,且翻车几率大大降低.稳定杆的设计与校核一直是人们研究的重点.现在基本都采用有限元计算方法;稳定杆的设计应力不能太高,还必须用淬火+回火的热处理方式来进行强化处理.热处理是保证稳定杆的使用性能与可靠性的最关键的工艺过程.金相组织是决定稳定杆疲劳寿命的关键因素,稳定杆热处理就是为了获得良好的金相组织.组织粗大及含有游离铁素体等非马氏体组织都会降低稳定杆的疲劳寿命.加强热处理过程控制并采取针对性的监控措施可以防止稳定杆产生不良的金相组织.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】4页(P37-40)【关键词】横向稳定杆;疲劳寿命;热处理;金相组织【作者】王海宝【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U466CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-37-04 横向稳定杆又称防倾杆，是汽车悬架中的一种辅助弹性元件。

它的作用是提高汽车悬架侧倾角刚度。

减少车身倾角，使汽车在路况不平或转弯时能够行驶平稳。

与扭杆弹簧不同之处是有4点固定安装在悬架上，其中两端头通过侧臂端部的橡胶垫或球头连杆与悬架导向臂连接，杆的中部用橡胶衬套与车身相连，见图 1。

车辆在行驶中，如果左、右车轮同时上下跳动。

那么横向稳定杆起不了作用：当左、右车轮垂直方向产生相对位移时，横向稳定杆中间部分受扭转侧臂受弯，起到增加悬架刚度的作用。

装有横向稳定杆的车辆行驶较稳定、舒适，且翻车几率大大降低。

近来，由于对汽车产品的节能、环保特性的要求越来越高，多数汽车企业对零部件的轻量化也提出更高的要求，对稳定杆的设计、制造过程的严格要求导致其可靠性受到挑战，使寿命试验不易过关，使用中的早期失效的事故也有发生。

汽车悬架横向稳定杆的参数化设计王靖岳;殴阳纯;梁洪明【摘要】为了实现新型汽车悬架横向稳定杆的参数化设计,推导出横向稳定杆尺寸参数的约束公式和橡胶衬套的径向变形量计算公式,在橡胶衬套变形的基础上推导出横向稳定杆端点位移计算公式及其校核公式.运用Excel建立基于CATIA的横向稳定杆参数化模型.并建立Visual Basic窗口,通过编程控制Excel表格相关输入参数,运用Excel实现横向稳定杆相关数值的计算,并将计算值返回到窗口,同时实现参数驱动横向稳定杆三维模型的自动重构.通过有限元分析:稳定杆端部最大位移为83.7 mm,相对偏差为-2.91％;最大Von Mises应力为1 070 MPa,小于许用应力2 884 MPa,从而验证了横向稳定杆参数化设计的正确性.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P39-41,43)【关键词】汽车悬架;横向稳定杆;Visual Basic;CATIA;参数化设计;应力【作者】王靖岳;殴阳纯;梁洪明【作者单位】沈阳理工大学汽车与交通学院;郑州宇通客车股份有限公司;中国质量认证中心沈阳分中心【正文语种】中文横向稳定杆是汽车悬架中的一种辅助弹性元件，其作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，通过减小车身的横向倾斜和横向角振动，从而改善舒适平顺性。

如何快速、便捷与正确地设计满足不同车型的横向稳定杆，是摆在工程师面前一个棘手的问题。

在对汽车悬架横向稳定杆进行研究论证的基础上，文章基于Visual Basic可视化编程和CATIA软件，以某型货车前悬横向稳定杆设计为例，进行横向稳定杆的参数化设计，为稳定杆的参数化设计探索有效途径。

1 横向稳定杆等效模型最常用的横向稳定杆的结构，如图1所示。

可把横向稳定杆和橡胶衬套等效为串联的线性弹簧。

图1中，lc为横向稳定杆总跨度；l0为横向稳定杆橡胶衬套的安装总跨度；lT为横向稳定杆中间直线BB'的长度；l为横向稳定杆纵向总宽度；l1为横向稳定杆端部直径长度；l2为横向稳定杆中间直线段的端点到橡胶衬套的长度；l3为横向稳定杆外端点到中间直线段端点的距离；θ为横向稳定杆端部圆弧角度；R为横向稳定杆端部圆弧半径。