CS6车型侧踏板人机分析及技术改进
胡敏哲 李辉
(广汽长丰汽车制造股份有限公司研发中心 长沙 410014)
摘要：通过对CS6车型侧踏板的人机分析，对侧踏板提出科学实用的改进方案，对改进后的效果进行了跟踪和评
价。
关键词:CS6，侧踏板，人机分析 中图分类号：
THE ANALYSIS OF ROLLING ANGLE STIFFNESS OF LIGHT AUTOMOBILE
Teng Ruipin Zeng Daizhong
(Hunan Changfeng Motor Co. Ltd, Changsha 410014)
Abstract ：Through analysis of the rolling characteristics of the rigid and independent suspension system of a light automobile，
establish the mathematics function of the rolling angle stiffness.
Key words：a utomobile ，rolling characteristics，rolling angle stiffness
置板簧式非独立悬架，带横向稳定杆，其结构如图
1 前言
汽车的车身或车架与车桥之间的连接并不是刚性的连接，而是通过由弹性元件、导向装置、减振器、横向稳定杆所构成的弹性悬架来连接的，因此，当汽车在受到侧向力的作用下，或汽车转弯时由于其离心力的作用，汽车的车身便会相对于车桥发生偏转，从而形成汽车的侧倾。
当汽车发生侧倾时，其乘坐舒适性、操纵稳定性都会变差。汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定汽车高速时安全行驶的重要性能；乘坐舒适性的降低，则会影响人们对汽车性能的综合评价。因此，合理地选择汽车的侧倾角刚度，便成为汽车设计人员在设计过程中的一项重要工作内容。
1、钢板弹簧 2、减振器 3、横向稳定杆
图1 后悬架系统
2 侧倾角刚度
由于双轴汽车发生侧倾时其前后悬架会互相影响，其侧倾特性相对比较复杂，为了简便计算，本文在计算其侧倾角刚度时，将前后悬架看作是互相独立、互不干涉的两个系统来进行简化处理。
本文涉及的轻型汽车的后悬架系统为常见的纵 收稿日期：
1、横向稳定杆 2、减振器 3、上摆臂 4、下摆臂 5、钢板弹簧
图2 前悬架系统
1所示。前悬架系统为双横臂式扭杆弹簧独立悬架，
带横向稳定杆，其结构如图2所示。 2.1 侧倾中心的确定
为了计算汽车的侧倾角刚度，我们首先必须确定其侧倾中心。
2.1.1 后轴侧倾中心的确定
由于后悬架为纵置板簧非独立悬架，因此，其侧倾中心在侧视图位于主片弹簧的中心H 1、H 2两点的连线上，如图3所示，O R 即为后轴的侧倾中心。
其正视位置位于汽车的纵向中心平面上。
H 2
H O R
1
图3 后轴侧倾中心
2.1.2 前轴侧倾中心的确定
前悬架系统为双横臂独立悬架，其侧倾中心按图4确定：
1、左前轮 2、前悬左下臂 3、前悬左上臂 4、前悬右上臂 5、前悬右下臂 6、右前轮
图4 前轴侧倾中心
图中A L 、B L 、C L 、D L 分别为前悬左上臂和左下臂与车架、转向节的铰接点，A R 、B R 、C R 、D R 分别为前悬右上臂和右下臂与车架、转向节的铰接点，E L 和E R 分别为直线A L B L 和C L D L 、A R B R 和C R D R 的交点，F L 、F R 分别为左、右前轮接地中心点，图中O F 即为前轴的侧倾中心。 2.2 悬架的侧倾角刚度 2.2.1 后悬架的侧倾角刚度
后悬架的侧倾角刚度K R 由两部分组成, 一部分为钢板弹簧引起的侧倾角刚度K RS ，另一部分为后横向稳定杆引起的侧倾角刚度K RL 。
因后悬架为纵置板簧式非独立悬架，由钢板弹簧引起的侧倾角刚度按下式计算:
K RS =SF 2K S /2 （1）
其中：S F —两侧钢板弹簧的中心距 K S —钢板弹簧的刚度
下面计算由横向稳定杆引起的侧倾角刚度K RL 。
为了计算K RL ，我们首先分析车身侧倾角与横向稳定杆扭转角之间的关系。
汽车发生侧倾时横向稳定杆在汽车正视平面和侧视平面的变形图分别如图5、图6所示。
当汽车车身发生侧倾角很小（设为d Фr ）的侧倾时，与车身连接的横向稳定杆两侧摆臂端点将发生相对位移，其两侧摆臂端点的连线相对于侧倾前沿侧倾轴线发生角度为 d Фr 的扭转，如图5所示，a 、b 为横向稳定杆与车身的连接点侧倾前的位置，a 1、b 1为横向稳定杆与车身的连接点在车身发生角度为d Фr 的侧倾后的位置，O L 为侧倾中心，s 为横
图5 横向稳定杆变形图（汽车正视平面）
向稳定杆与车身的两侧连接点沿垂直汽车侧倾轴线方向的相对位移，设ab=L，则s=L×sind Фr ≈L ×d Фr ，s a 、s b 分别为横向稳定杆与车身的两侧连接点各自相对于侧倾前位置的沿垂直汽车侧倾轴线方向的位移。由于横向稳定杆中间横杆部分是固定在车架上，因此，横向稳定杆两侧摆臂将发生相对扭转，扭转角用d ФL 表示，如图6所示。其中OA 为汽车的侧倾轴线，Oa 、Ob 为横向稳定杆纵臂侧倾前的位置，Oa 1、Ob 1为横向稳定杆摆臂侧倾后的位置，
图6 横向稳定杆变形图（汽车侧视平面）
θ为横向稳定杆摆臂侧倾前与侧倾轴线的初始夹角，θ1、θ2分别为横向稳定杆两侧摆臂在汽车发生侧倾后与侧倾轴线的夹角。
如图6所示，由于d ФL 很小，因此θ1≈θ2≈θ，同样，由于d ФL 很小的缘故，θ3≈θ1≈θ，θ4≈θ2≈θ，则aa 1=sa /cosθ3≈s a /cosθ，bb 1=sb /cosθ4≈s b /cosθ。
设横向稳定杆与车身连接点a 至横向稳定杆的扭转中心轴的距离Oa （Oa=Ob）长为N ，则d ФL ≈（aa 1+bb1）/N≈（s a + sb ）/（Ncos θ）=s/（Ncos θ），又s ≈L ×d Фr ，所以我们得出：
d ФL =L×d Фr /（Ncos θ） （2） 式（2）即为车身侧倾角与横向稳定杆扭转角之间的关系式。
设横向稳定杆的扭转刚度为K N （单位扭转角下所产生的回复力矩），则横向稳定杆在发生d ФL 的扭转时所产生的回复力矩M h =KN ×d ФL ≈K N ×L ×d Фr /（Ncos θ），在M h 的作用下，a 1、b 1点产生对车身的作用力F a 、F b ，作用力的方向垂直于横向稳定杆各自的摆臂，如图7所示。
图7 回复力矩示意图
F a = Fb =Mh /N= KN × L ×d Фr /（N 2cos θ）。F a 、
F b 在垂直于车身侧倾轴线方向的分力F ah 、F bh 即为汽车的侧倾回复力。
F ah ≈F bh ≈F a cos θ= KN ×L ×d Фr /N2 （3） 横向稳定杆对车身所产生的侧倾回复力矩T L = F ah ×L ，即：
T L = L×K N ×L ×d Фr /N2
T L = KN ×L 2×d Фr /N2 （4） 横向稳定杆引起的侧倾刚度K L = TL /dФr ， 则K L = KN ×L 2×d Фr /（N 2×d Фr ）
K L = KN L 2/N2 （5） 因此，汽车后悬架的侧倾刚度K R 为：
K R =KRS +KRL = SF 2K S /2+ KNR L R 2/NR 2 （6） 其中：K NR —后横向稳定杆的扭转刚度
L R —后横向稳定杆与车身的两侧连接
点之间的距离
N R —后横向稳定杆与车身连接点至横
向稳定杆的扭转中心轴的距离
2.2.2 前悬架的侧倾角刚度
前悬架的侧倾角刚度K F 也由两部分组成, 一部分为扭杆弹簧引起的侧倾角刚度K FB ，另一部分为前横向稳定杆引起的侧倾角刚度K FL 。
前悬架为双横臂式独立悬架，由扭杆弹簧引起的侧倾角刚度K FB 按下式计算：
K FB =2（bd/a）2K D （7） 其中K D 为扭杆弹簧在前悬下臂与转向节连接点D L 、D R 处（见图4）的等效弹簧刚度，其它各参数的意义如图4所示。
同理，比照式（5）不难得出由横向稳定杆引起的前悬架侧倾角刚度K FL 为：
K FL = KNF L F 2/NF 2 （8） 其中：K NF —前横向稳定杆的扭转刚度
L F —前横向稳定杆与车身的两侧连接点
之间的距离
N R —后横向稳定杆与车身连接点至横
向稳定杆的扭转中心轴的距离
从而前悬架的侧倾角刚度K F 为：
K F =2（bd/a）2K D + KNF L F 2/NF 2 （9） 2.2.3 整车悬架的侧倾角刚度
整车悬架的侧倾角刚度K Фr 为前、后悬架的侧倾角刚度之和，即：
K Фr = K F + K R =2（bd/a）2K D + K NF L F 2/NF 2+
S F 2K S /2+ KNR L R 2/NR 2 （10）
3 结束语
通过对某轻型汽车独立悬架和非独立悬架侧倾
运动特性的分析，建立了悬架侧倾角刚度数学模型。愿能为类似车型的悬架侧倾角刚度的分析计算提供参考。
参 考 文 献
1、余志生等，汽车理论。机械工业出版社，1996年5月。
2、汽车工程手册（基础篇）。人民交通出版社，2001年5月。
作者简介：藤瑞品，男，32岁，大学本科文化，1996年毕业于湖南大学汽车与拖拉机专业，工程师，主要从事汽车开发、设计与研究。
联系人： 藤瑞品
通讯地址：湖南省长沙市圭塘体院路1号
湖南长丰汽车制造股份有限公司研发中心
邮政编码：410014
电 话：0731-2881175
（0）[1**********]
传 真：0731-2881167
CS6车型侧踏板人机分析及技术改进
胡敏哲 李辉
(广汽长丰汽车制造股份有限公司研发中心 长沙 410014)
摘要：通过对CS6车型侧踏板的人机分析，对侧踏板提出科学实用的改进方案，对改进后的效果进行了跟踪和评
价。
关键词:CS6，侧踏板，人机分析 中图分类号：
THE ANALYSIS OF ROLLING ANGLE STIFFNESS OF LIGHT AUTOMOBILE
Teng Ruipin Zeng Daizhong
(Hunan Changfeng Motor Co. Ltd, Changsha 410014)
Abstract ：Through analysis of the rolling characteristics of the rigid and independent suspension system of a light automobile，
establish the mathematics function of the rolling angle stiffness.
Key words：a utomobile ，rolling characteristics，rolling angle stiffness
置板簧式非独立悬架，带横向稳定杆，其结构如图
1 前言
汽车的车身或车架与车桥之间的连接并不是刚性的连接，而是通过由弹性元件、导向装置、减振器、横向稳定杆所构成的弹性悬架来连接的，因此，当汽车在受到侧向力的作用下，或汽车转弯时由于其离心力的作用，汽车的车身便会相对于车桥发生偏转，从而形成汽车的侧倾。
当汽车发生侧倾时，其乘坐舒适性、操纵稳定性都会变差。汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定汽车高速时安全行驶的重要性能；乘坐舒适性的降低，则会影响人们对汽车性能的综合评价。因此，合理地选择汽车的侧倾角刚度，便成为汽车设计人员在设计过程中的一项重要工作内容。
1、钢板弹簧 2、减振器 3、横向稳定杆
图1 后悬架系统
2 侧倾角刚度
由于双轴汽车发生侧倾时其前后悬架会互相影响，其侧倾特性相对比较复杂，为了简便计算，本文在计算其侧倾角刚度时，将前后悬架看作是互相独立、互不干涉的两个系统来进行简化处理。
本文涉及的轻型汽车的后悬架系统为常见的纵 收稿日期：
1、横向稳定杆 2、减振器 3、上摆臂 4、下摆臂 5、钢板弹簧
图2 前悬架系统
1所示。前悬架系统为双横臂式扭杆弹簧独立悬架，
带横向稳定杆，其结构如图2所示。 2.1 侧倾中心的确定
为了计算汽车的侧倾角刚度，我们首先必须确定其侧倾中心。
2.1.1 后轴侧倾中心的确定
由于后悬架为纵置板簧非独立悬架，因此，其侧倾中心在侧视图位于主片弹簧的中心H 1、H 2两点的连线上，如图3所示，O R 即为后轴的侧倾中心。
其正视位置位于汽车的纵向中心平面上。
H 2
H O R
1
图3 后轴侧倾中心
2.1.2 前轴侧倾中心的确定
前悬架系统为双横臂独立悬架，其侧倾中心按图4确定：
1、左前轮 2、前悬左下臂 3、前悬左上臂 4、前悬右上臂 5、前悬右下臂 6、右前轮
图4 前轴侧倾中心
图中A L 、B L 、C L 、D L 分别为前悬左上臂和左下臂与车架、转向节的铰接点，A R 、B R 、C R 、D R 分别为前悬右上臂和右下臂与车架、转向节的铰接点，E L 和E R 分别为直线A L B L 和C L D L 、A R B R 和C R D R 的交点，F L 、F R 分别为左、右前轮接地中心点，图中O F 即为前轴的侧倾中心。 2.2 悬架的侧倾角刚度 2.2.1 后悬架的侧倾角刚度
后悬架的侧倾角刚度K R 由两部分组成, 一部分为钢板弹簧引起的侧倾角刚度K RS ，另一部分为后横向稳定杆引起的侧倾角刚度K RL 。
因后悬架为纵置板簧式非独立悬架，由钢板弹簧引起的侧倾角刚度按下式计算:
K RS =SF 2K S /2 （1）
其中：S F —两侧钢板弹簧的中心距 K S —钢板弹簧的刚度
下面计算由横向稳定杆引起的侧倾角刚度K RL 。
为了计算K RL ，我们首先分析车身侧倾角与横向稳定杆扭转角之间的关系。
汽车发生侧倾时横向稳定杆在汽车正视平面和侧视平面的变形图分别如图5、图6所示。
当汽车车身发生侧倾角很小（设为d Фr ）的侧倾时，与车身连接的横向稳定杆两侧摆臂端点将发生相对位移，其两侧摆臂端点的连线相对于侧倾前沿侧倾轴线发生角度为 d Фr 的扭转，如图5所示，a 、b 为横向稳定杆与车身的连接点侧倾前的位置，a 1、b 1为横向稳定杆与车身的连接点在车身发生角度为d Фr 的侧倾后的位置，O L 为侧倾中心，s 为横
图5 横向稳定杆变形图（汽车正视平面）
向稳定杆与车身的两侧连接点沿垂直汽车侧倾轴线方向的相对位移，设ab=L，则s=L×sind Фr ≈L ×d Фr ，s a 、s b 分别为横向稳定杆与车身的两侧连接点各自相对于侧倾前位置的沿垂直汽车侧倾轴线方向的位移。由于横向稳定杆中间横杆部分是固定在车架上，因此，横向稳定杆两侧摆臂将发生相对扭转，扭转角用d ФL 表示，如图6所示。其中OA 为汽车的侧倾轴线，Oa 、Ob 为横向稳定杆纵臂侧倾前的位置，Oa 1、Ob 1为横向稳定杆摆臂侧倾后的位置，
图6 横向稳定杆变形图（汽车侧视平面）
θ为横向稳定杆摆臂侧倾前与侧倾轴线的初始夹角，θ1、θ2分别为横向稳定杆两侧摆臂在汽车发生侧倾后与侧倾轴线的夹角。
如图6所示，由于d ФL 很小，因此θ1≈θ2≈θ，同样，由于d ФL 很小的缘故，θ3≈θ1≈θ，θ4≈θ2≈θ，则aa 1=sa /cosθ3≈s a /cosθ，bb 1=sb /cosθ4≈s b /cosθ。
设横向稳定杆与车身连接点a 至横向稳定杆的扭转中心轴的距离Oa （Oa=Ob）长为N ，则d ФL ≈（aa 1+bb1）/N≈（s a + sb ）/（Ncos θ）=s/（Ncos θ），又s ≈L ×d Фr ，所以我们得出：
d ФL =L×d Фr /（Ncos θ） （2） 式（2）即为车身侧倾角与横向稳定杆扭转角之间的关系式。
设横向稳定杆的扭转刚度为K N （单位扭转角下所产生的回复力矩），则横向稳定杆在发生d ФL 的扭转时所产生的回复力矩M h =KN ×d ФL ≈K N ×L ×d Фr /（Ncos θ），在M h 的作用下，a 1、b 1点产生对车身的作用力F a 、F b ，作用力的方向垂直于横向稳定杆各自的摆臂，如图7所示。
图7 回复力矩示意图
F a = Fb =Mh /N= KN × L ×d Фr /（N 2cos θ）。F a 、
F b 在垂直于车身侧倾轴线方向的分力F ah 、F bh 即为汽车的侧倾回复力。
F ah ≈F bh ≈F a cos θ= KN ×L ×d Фr /N2 （3） 横向稳定杆对车身所产生的侧倾回复力矩T L = F ah ×L ，即：
T L = L×K N ×L ×d Фr /N2
T L = KN ×L 2×d Фr /N2 （4） 横向稳定杆引起的侧倾刚度K L = TL /dФr ， 则K L = KN ×L 2×d Фr /（N 2×d Фr ）
K L = KN L 2/N2 （5） 因此，汽车后悬架的侧倾刚度K R 为：
K R =KRS +KRL = SF 2K S /2+ KNR L R 2/NR 2 （6） 其中：K NR —后横向稳定杆的扭转刚度
L R —后横向稳定杆与车身的两侧连接
点之间的距离
N R —后横向稳定杆与车身连接点至横
向稳定杆的扭转中心轴的距离
2.2.2 前悬架的侧倾角刚度
前悬架的侧倾角刚度K F 也由两部分组成, 一部分为扭杆弹簧引起的侧倾角刚度K FB ，另一部分为前横向稳定杆引起的侧倾角刚度K FL 。
前悬架为双横臂式独立悬架，由扭杆弹簧引起的侧倾角刚度K FB 按下式计算：
K FB =2（bd/a）2K D （7） 其中K D 为扭杆弹簧在前悬下臂与转向节连接点D L 、D R 处（见图4）的等效弹簧刚度，其它各参数的意义如图4所示。
同理，比照式（5）不难得出由横向稳定杆引起的前悬架侧倾角刚度K FL 为：
K FL = KNF L F 2/NF 2 （8） 其中：K NF —前横向稳定杆的扭转刚度
L F —前横向稳定杆与车身的两侧连接点
之间的距离
N R —后横向稳定杆与车身连接点至横
向稳定杆的扭转中心轴的距离
从而前悬架的侧倾角刚度K F 为：
K F =2（bd/a）2K D + KNF L F 2/NF 2 （9） 2.2.3 整车悬架的侧倾角刚度
整车悬架的侧倾角刚度K Фr 为前、后悬架的侧倾角刚度之和，即：
K Фr = K F + K R =2（bd/a）2K D + K NF L F 2/NF 2+
S F 2K S /2+ KNR L R 2/NR 2 （10）
3 结束语
通过对某轻型汽车独立悬架和非独立悬架侧倾
运动特性的分析，建立了悬架侧倾角刚度数学模型。愿能为类似车型的悬架侧倾角刚度的分析计算提供参考。
参 考 文 献
1、余志生等，汽车理论。机械工业出版社，1996年5月。
2、汽车工程手册（基础篇）。人民交通出版社，2001年5月。
作者简介：藤瑞品，男，32岁，大学本科文化，1996年毕业于湖南大学汽车与拖拉机专业，工程师，主要从事汽车开发、设计与研究。
联系人： 藤瑞品
通讯地址：湖南省长沙市圭塘体院路1号
湖南长丰汽车制造股份有限公司研发中心
邮政编码：410014
电 话：0731-2881175
（0）[1**********]
传 真：0731-2881167