汽车制造技术现代制造工程（Modern Manufacturing Engineering）2012年第10期
李军1，郑松林1，冯金芝1，金晓春2，林阳2，张启涛2
（1上海理工大学机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室，上海200093；
2上海汇众汽车制造有限公司，上海200122）广汽本田车全部车型油电混合
摘要：扭转梁后桥的线刚度和角刚度是影响汽车平顺性和操纵稳定性的两个重要因素。以某轿车扭转梁后桥AP35为例，在台架试验基础上，采用数学建模法分析扭转梁后桥的角刚度，为类似产品的改进设计提供参考。
关键词：扭转梁后桥；线刚度；角刚度；台架试验
中图分类号：U467文献标志码：A文章编号：1671—3133（2012）10—0057—03
Study of stiffness of twist beam rear axle based on bench test
Li Jun1，Zheng Songlin1，Feng Jinzhi1，Jin Xiaochun2，Lin Yang2，Zhang Qitao2（1Machinery Ind
ustry Key Laboratory for Mechanical Strength＆Reliability Evaluation of Auto Chassis Components，Univ．of Shanghai for Science and Technology，Shanghai200093，China；
2Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co．Ltd．，Shanghai200122，China）Abstract：The linear stiffness and angle stiffness are two important factors influencing the vehicle ride and handling stability．Based on the example of a vehicle twist beam rear axle（AP35），the angle stiffness was analyzed using mathematical method，which provides reference for the improvement design of similar products．风神汽车
Key words：twist beam rear axle；linear stiffness；angle stiffness；bench test
0引言
扭转梁后桥AP35的特点是结构简单、节省空间，将车身（或车架）与车轮（或车轴）弹性地连接起来。扭转梁后桥的主要作用是在车轮和车架（或车身）之间传递所有的力和力矩，缓和因路面不平传给车架（或车身）的冲击载荷。由于后桥承受随机载荷的冲击，要求后桥纵臂上支端处有合适的刚度［1］，扭转梁后桥AP35如图1所示。当刚度过小时，在侧向力的作用下会使汽车侧倾，严重影响整车的操纵稳定性［2］；当刚度过大时，一侧的车轮受到激励时对车身的冲击太大，影响整车的平顺性。为了保证汽车行驶具有良好的操纵稳定性和平顺性，在扭转梁后桥设计开发时，需要合理地考虑
春节高速免费后桥的刚度特性，这一直是扭转梁后桥设计开发的一个难题。本文主要讨论基于台架试验获取扭转梁后桥纵向摆臂处的线刚度和角刚度参数。
1扭转梁后桥的载荷分析
扭转梁后桥的载荷分为静载荷和动载荷［3］。
扭
图1扭转梁后桥AP35
转梁后桥的静载荷是指在汽车静止时，承受汽车车身的重力。通过对扭转梁后桥的载荷分析可知，汽车在行驶时通常受到两种动载荷的作用，一种是汽车在非常平坦的路面上以较高的速度行驶时，由于汽车左右两边零/部件配置大致相同且受到同向垂直载荷；另一种是当汽车四个车轮不在同一水平面上，导致扭转梁后桥连同车架一起扭曲而产生的交变载荷［4］。
通过对几种扭转梁后桥的载荷比较分析可知，交变载荷所引起的扭转梁后桥扭转变形及扭转应力较大，从汽车实际行驶的状态进行分析，扭转梁后桥基本上受交变载荷作用［5］。因此，用MTS公司提供的作动器模拟扭转梁后桥纵向摆臂的交变载荷。
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2012年第10期现代制造工程（Modern Manufacturing Engineering ）
2扭转梁后桥台架试验
根据国内企业试验标准，在交变载荷条件下，采
用MTS2室内通道模拟系统对汽车后桥进行台架试验，按照扭转梁后桥在整车上的连接方式，将车身连接端固定在夹具上。在扭转梁后桥两端的车轮支架连接点处，采用正弦波的加载方式模拟纵向力工况，用MTS 公司提供的数据采集设备记录作动器在规定的循环次数内，每次循环加载的载荷以及其位
移大小，并通过设置计算机程序，规定作动器伸出时载荷为正，
收缩时载荷为负。对同一型号的扭转梁后桥进行三组试验，试验加载条件如表1所示，扭转梁后桥AP35的台架试验结构简图如图2所示。
表1
试验加载条件
加载行程/mm
加载方式试验频率/Hz
左、右作动器相位差/（ʎ）
!35
正弦波
2
180
图2扭转梁后桥AP35的台架试验结构简图
3扭转梁后桥纵臂线刚度计算及分析
通过对扭转梁后桥加载工况分析，获取扭转梁后
桥线刚度值。扭转梁后桥线刚度值k =P /S ，
P 为正弦波式的交变载荷，
S 为作动器的位移。将载荷和位移值进行分析计算，
马自达mx5二手得到载荷和位移之间的线性关系，从而得到载荷和位移的关系曲线，其斜率即为扭转梁后桥的线刚度值。得到扭转梁后桥左侧线刚度曲线和右侧
线刚度曲线分别如图3和图4所示。图3、
图4中曲线拟合度R 2
分别为0．9999、0．9998，三组试验的扭转梁
后桥左右两端纵臂线刚度及误差见表2。
表2
三组同类型扭转梁后桥左右两端纵臂线刚度及误差分析
试验编号
扭转梁后桥纵臂线刚度/（kN ·m －1）
左端右端误差/%117．117．7
3．4216．917．64．03
17．3
18．1
4．4
从表2中看出，扭转梁后桥左右两端纵臂的线刚度值存在误差，通过对影响扭转梁后桥线刚度值因素进行分析，造成其线刚度误差的主要原因有两个：其一，作动器的初次加载位置可能不在绝对同一水平线上以及试验系统本身存在误差；其二，由于扭转梁后桥纵臂两端加工工艺存在非常细微的差异，这些都可能造成扭转梁后桥左右两端纵臂的线刚度值存在误差。经过误差计算，得出三组扭转梁后桥左右线刚度误差范围都小于5%，此误差范围在工程上是允许的
。
图3扭转梁后桥AP35
左侧线刚度曲线
图4
甘肃交通违章查询网扭转梁后桥AP35右侧线刚度曲线
4
扭转梁后桥纵臂角刚度计算以及结果分析
4．1
建立扭转梁后桥纵臂角刚度数学模型
图5扭转梁后桥纵臂台架试验的扭转情况示意图
根据图2建立扭转梁后桥纵臂台架试验的扭转情
况示意图如图5所示，图5中，大圆的半径表示作动器
原始长度和作动器位移的总长，小圆的半径表示扭转梁后桥纵臂的长度。根据图5所示的几何关系得出：
8
5
李军，等：基于台架试验的扭转梁后桥刚度研究2012年第10期
S =θL ，或θ=S /L ，其中S 为弧长，由于θ很小，
S 的大小近似等于作动器的位移；L 为扭转梁后桥纵臂的长度；θ为扭转梁后桥纵臂在受到作动器推或拉后与垂直方向所形成的夹角。
扭转梁后桥纵臂上端点的力矩M =PL 。扭转梁后桥纵臂扭转角刚度值K =M /θ。根据此式便可得到力矩和角度之间的关系，通过计算机分析得到两者关系曲线的斜率大小即扭转梁后桥纵臂处（见图1）的角刚度值，三组同类型扭转梁后桥纵臂角刚度曲线如图
6、图7和图8所示，曲线拟合度R 2
分别为1、0．999和1，扭转梁后桥纵臂角刚度值如表3所示
。
图6
第1
组试验中扭转梁后桥纵臂角刚度曲线
图7第2
组试验中扭转梁后桥纵臂角刚度曲线
图8第3组试验中扭转梁后桥纵臂角刚度曲线表3
三组同类型扭转梁后桥纵臂角刚度值
试验编号
AP35-1
AP35-2AP35-3纵臂角刚度［kN ·mm ·（ʎ）
－1
］
56．29
56．38
57．69
4．2
扭转梁后桥纵臂角刚度分析
从图6、图7、图8可以看出拟合结果比较理想，说
明本文建立的数学模型比较适合于此类扭转梁后桥纵臂角刚度的计算，同时从扭转梁后桥纵臂角刚度对车身承载系统的影响进行分析，满足扭转梁后桥纵臂
一定刚度要求。设计扭转梁后桥纵臂时，在满足其布
置尺寸、质量指标、强度条件和其他性能的前提下，还要考虑扭转梁后桥的角刚度对提高汽车舒适性和整车操纵稳定性的影响；通过从扭转梁后桥纵臂在整车底盘系统所起到的作用以及它在整车底盘中
的连接方式分析，若扭转梁后桥纵臂的扭转角刚度过大，将导致汽车车身连接刚度过大，汽车在转向时，车身的振动过大从而影响整车的舒适性；若扭转梁后桥纵臂的扭转角刚度过小，又将导致汽车车身连接刚度较小以及汽车车身侧倾角大，以至于影响汽车的操作稳定性。
5结语
本文采用MTS 2通道实验设备，并按照设计试验方案对某汽车扭转梁后桥进行室内模拟试验，根据试验所获得的数据以及其后桥数模参数，通过研究分析提出一种比较实用的数学建模方法，解决了
后桥纵臂的角刚度线性拟合问题。该方法为扭转梁后桥纵臂的角刚度特性优化设计提供了一条合理有效的途径。
参考文献：
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金华交通违章查Oxford ：Engineering Principles Butte-
Heinemann ，2003．作者简介：李军，硕士研究生，研究方向汽车现代设计理论。
郑松林，博士后，教授，研究方向汽车现代设计理论。冯金芝，博士，讲师，研究方向汽车现代设计理论。金晓春，教授。林阳，高工。
E-mail ：lijun111233@163．com 收稿日期：2011-
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