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横向稳定杆作为Ⅰ型麦弗逊悬架的关键零部件,对整车的众多性能起到至关重要的作用。一方面,横向稳定杆作为悬架导向杆系,在轮胎运动过程中影响前轮定位参数的变化,进而影响整车的回正性能、轮胎侧滑性能等；另一方面,横向稳定杆作为防侧倾杆,起到增加整车侧倾刚度的作用。另外,横向稳定杆自身的刚度及在Ⅰ型麦弗逊悬架中的布置又影响着整车的纵倾性能,自身的应力特性影响着零部件的寿命和整车的行车安全性。而目前针对Ⅰ型麦弗逊悬架横向稳定杆的研究甚少,其设计方法在国内更是空白。因此,研究Ⅰ型麦弗逊悬架横向稳定杆的设计意义重大。
在理论研究方面,从Ⅰ型麦弗逊悬架的静力学和运动学角度分析了悬架的力学特性。基于材料力学和汽车理论知识,从理论上推导了横向稳定杆自身刚度和等效刚度计算模型及横向稳定杆危险截面的应力计算模型,为进一步的建模和仿真分析奠定了理论基础。
在研究方法方面,采用模型精度更高的刚柔耦合数学模型。首先,用Adams／car建立了整车多刚体虚拟样机模型；其次,对整车的横向稳定杆、车身、下摆臂、拖曳臂等柔性零部件进行模态分析,输出中性模态mnf文件；再次,用中性模态mnf文件替换多刚体虚拟样机中的相应刚性零部件,建立了整车刚柔耦合虚拟样机模型。
在数学模型仿真方面,基于整车刚柔耦合虚拟样机研究了横向稳定杆结构和布置对整车操稳性的影响。通过仿真分析了横向稳定杆对前轮定位参数的影响,建立了定位参数和整车回正力矩的数学计算模型并计算了回正力矩特性。从外倾角和前束间的匹配关系研究了横向稳定杆结构对转向轮侧滑的影响。最后,分析了横向稳定杆直径和安装角度对整车侧倾和纵倾性能的影响及横向稳定杆在极限工况下的应力特性。
采用横向稳定杆动态应力应变试验和整车转向回正试验来验证数学模型的正确性。动态应力应变试验测取横向稳定杆上5个特征位置测点的应变,得出测点应变.时间曲线；而转向回正试验得出侧向加速度.时间曲线和横摆角速度.时间曲线。对虚拟样机进行相同工况仿真,对比分析试验和仿真曲线来验证虚拟样机模型的正确性。
最后提出了横向稳定杆较全面的刚度、结构、布置等设计方法。根据前后悬刚度匹配来设计横向稳定杆的刚度和直径,根据侧倾和纵倾性能要求来设计横向稳定杆的结构和安装角度。
本课题研究探索了Ⅰ型麦弗逊悬架横向稳定杆的设计方法,研究过程中分析的Ⅰ型麦弗逊悬架力学特性和建立的刚柔耦合虚拟样机为其他车型相关研究提供了参考,Ⅰ型麦弗逊悬架横向稳定杆的设计方法的提出填补了国内无相关设计资料的空白,为相关车型的横向稳定杆设计提供理论依据,对工程实际应用具有一定的指导意义。