纯电动客车横向稳定杆结构设计与校核分析

窦 聪，郝 恒，聂适存，杨 庆

纯电动客车横向稳定杆结构设计与校核分析

窦 聪，郝 恒，聂适存，杨 庆

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

纯电动客车的动力电池多布置在整车顶端，其会导致整车重心升高、抗侧倾能力降低，因此，横向稳定杆的结构设计就尤为重要。文章总结了国内横向稳定杆的常用结构及布置型式，通过理论计算分析设计结构的可行性，从而为横向稳定杆的设计与校核提供理论支撑。

纯电动客车；横向稳定杆；结构设计；校核分析

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[1]。在车辆转弯时可防止车身过度倾斜，以提高车辆在不平路面上的行驶稳定性。

随着商用车的不断发展，客户对整车操纵稳定性提出了更高的要求，尤其是商用车需具备较好的抗侧倾能力，同时，为了提高乘客的乘坐便捷性，越来越多的纯电动客车将动力电池布置在整车顶端，导致整车侧倾角会显著增大。故此款纯电动车不仅会增加横向稳定杆受力程度，而且会增加横向稳定杆的故障率甚至影响整车的行车安全。

因此，更多的商用车在悬架设计时，会面临横向稳定杆结构设计和强度校核的问题，针对以上问题，文章主要介绍了横向稳定杆的常用结构及理论计算方法，为横向稳定杆的设计提供了理论指导。

1 横向稳定杆简介

1.1 结构与作用

横向稳定杆常选用弹簧钢弯制而成，形状多呈“U”形，横置在车桥的前端或后端。杆身的中部多通过聚氨酯衬套与车架连接，杆的两端分别固定在悬架上。

当车辆通过不平整路面时，左右车轮的跳动不一致，致使两侧悬架跳动出现差异，车身发生倾斜，此时的横向稳定杆会发生扭转，杆身的弹力会成为车身侧倾的阻力，起到横向稳定的作用。

商用车横向稳定杆在悬架中的布置方式为聚氨酯衬套连接和橡胶复合衬套连接，考虑到成本及市场资源等问题，更多的悬架布置会选用聚氨酯衬套连接结构，如图1和图2所示。

图1 聚氨酯衬套连接

图2 橡胶复合衬套连接

1.2 材料选择及外形

横向稳定杆材料常选用50CrV弹簧钢[2]。商用车常用的横向稳定杆外形有V形结构和U形结构2种类型，其中U形结构应用更为广泛，如图3和图4所示。

图3 V形结构

图4 U形结构

2 结构设计与校核分析

某12 m纯电动公交客车匹配空气悬架，整车侧倾角要求不大于6°，现需各零部件的空间关系设计并校核横向稳定杆。

2.1 结构设计

依据整车通道宽度、车架结构及整车转向机构[3]等因素，确定横向稳定杆的基本外形，同时在设计校核时，应充分校核以下因素：车桥上下跳动时，横向稳定杆与车架及推力杆总成的运动间隙不小于15 mm；车桥转向时，横向稳定杆与转向直拉杆的运动间隙不小于15 mm，通过设计校核，此款公交车的前悬架总成匹配结构如图5所示。

图5 前空气悬架设计方案

此前悬架总成采用的横向稳定杆为U形结构、与车架通过聚氨酯衬套连接[4]，其从制造工艺性及成本方面都相对较优，符合整车经济性的设计要求。

2.2 扭转应力计算

在计算扭转应力时，需知此结构横向稳定杆的侧倾角刚度，不同结构的横向稳定杆，其侧倾角刚度的计算方式略有差异[2]，如图6、图7所示。

图6 横向稳定杆计算用简图

V型结构横向稳定杆的侧倾角刚度的计算公式为

图7 横向稳定杆计算用简图

U型结构所横向稳定杆的侧倾角刚度计算公式为[5]

侧倾角刚度计算其余参数如表1所示。

表1 侧倾角刚度计算参数表

物理量取值 材料弹性模量E/MPa2.06×105 截面惯性矩/mm4πd4/64

一般情况下，横向稳定杆的最大应力发生在截面的内侧，其大小与处的圆角有关，因为决定了此处的曲度系数，横向稳定杆结构及受力如图8所示。

图8 横向稳定杆结构及受力图

其最大扭转应力≤700 MPa，具体计算公式为

2.4 弯曲应力计算

截面在弯矩(1)的作用下产生弯曲应力≤1 250 MPa，即

通过以上计算，可知横向稳定杆是否满足要求。

2.5 设计案例计算分析

依据2.1小节的设计方案和2.2小节的式（2）可计算出此横向稳定杆的侧倾角刚度，具体的计算参数如图9所示。

图9 设计横向稳定杆尺寸简图

依据图9参数可知，此款横向稳定杆的侧向角刚度为243.2×106Nmm/rad，同时取整车侧倾角为6°，可计算出扭转应为604.5 MPa，弯曲应力为545 MPa。根据以上数据可知，设计的此款横向稳定杆符合要求。

3 结论

横向稳定杆的结构设计与校核分析是商用车在悬架匹配中的关键部分，本文介绍了商用车用横向稳定杆的常用连接型式、结构、选材及理论计算方法，并以12 m纯电动车前悬的横向稳定杆设计为案例，应用并验证了本文的设计和计算方案，为商用车悬架的方案设计及匹配计算提供了理论支撑，更为结构变型车辆提供了更便捷的类比计算依据。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 刘唯信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,2001.

[3] 吴长风.轻型载货车用全铝车架的设计及验证[J].汽车实用技术[J].2021,46(18):47-50.

[4] 田萌.多材料结构汽车车身的轻量化设计研究[J].汽车实用技术[J].2021,46(17):134-136.

[5] 莱姆佩尔.悬架元件及底盘力学[M].长春:吉林科学技术出版社,2000.

Structural Design and Check Analysis of Stabilizer Bar for Pure Electric Bus

DOU Cong, HAO Heng, NIE Shicun, YANG Qing

( Shaanxi Handeaxle Company Limited, Xi'an 710201, China )

The power battery of pure electric bus is arranged at the top of the vehicle,which will cause the center of gravity of the vehicle to rise,anti-roll ability to reduce,therefore,the structural design of the transverse stabilizer bar is particularly important.This paper summarizes the common structures and layout types of transverse stabilizer bar in China, and analyzes the feasibility of designing the structure through theoretical calculation, which provides theoretical support for the design of transverse stabilizer bar without check.

Pure electric bus;Stabilizer bar;Structural design;Check analysis

U463.85+9

A

1671-7988(2023)11-116-03

窦聪（1987－），女，硕士，工程师，研究方向为汽车行驶系统车桥开发，E-mail:doucong@tech.handeaxle.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.021