Стабилизатор поперечной устойчивости зачем нужен
Современные автомобили передвигаются по дорогам на высоких скоростях за счет применения в подвеске стабилизатора поперечной устойчивости. Из-за этой детали удерживать высокую скорость можно не только на прямолинейных участках. На большой скорости авто может войти в поворот, выполнять различные маневры и без проблем объезжать препятствия на дороге.
Содержание статьи:

Предназначение
Данная деталь в подвеске совершенно любого авто позволяет уменьшить боковые крены кузова при повороте машины.
Если коротко, то это устройство защищает машину от опрокидывания.
Этот элемент устанавливается на большинстве современных автомобилей. Именно благодаря СПУ автомобиль устойчив, маневренный и управляемый.

Основная задача СПУ – перераспределить нагрузку между упругих деталей в подвеске при движении. Когда машина поворачивает, то кузов кренится. Крен сильно влияет на траекторию, по которой будет двигаться машина. В этот самый момент и вступает в работу стабилизатор.
Читайте также: Для чего нужен катализатор в автомобиле: признаки неисправности и способы промывки устройства
Среди главных функций можно выделить:
- Снижение кренов кузова при поворотах и маневрировании;
- Повышение сцепления пары ведущих колес с дорожным полотном;
- Равномерное перераспределение нагрузки, которую испытывает кузов или рама автомобиля.
Устройство
Основные элементы СПУ — это труба либо стержень из стали. Деталь имеет П-образную форму средней части. Также в устройстве имеются стойки и крепеж.

Главный элемент – это, конечно же, стержень. Представляет собой достаточно упругую поперечную распорку. Чаще всего стержни производят из пружинных марок стали.
Стойки или же тяги – это детали, которые соединяют оба конца основы-стержня с рычагом или стойкой амортизатора. Стойка стабилизатора представляет собой небольшой шток длиной от 5 до 20 см. По бокам стойки имеются шарнирные соединения – так деталь может двигаться вместе со стержнем. Шарниры для защиты от грязи и пыли оборудованы пыльниками.

Крепеж стабилизатора к кузову и подвеске выполнен при помощи резино-техничеких изделий – сайлентблоков и различных крепежных элементов, таких как хомуты, гайки, шайбы.
Стабилизатор может крепиться на подрамник или среднюю часть рамы, а также к балке моста или рычагам.
Статья по теме: Для чего нужна балансировка колес автомобиля
Деталь работает по принципу перераспределении нагрузок между упругими элементами. Когда происходит боковой крен или поперечные угловые колебания, то тяги или стойки стабилизатора двигаются в разные стороны – одна стойка будет подниматься, другая – опускаться. Средняя часть стержня скручивается. Со стороны крена кузова стабилизатор будет пытаться поднять машину, с другой стороны – опустить.
Чем существеннее крен, тем более значительным будет сопротивление торсиона. Так автомобиль выравнивается по отношению к плоскости дороги.
Но также необходимо понимать, что за счет особенностей своей конструкции СПУ никак не способен воспрепятствовать вертикальным колебаниям. Так, если колебание машины вертикальное, тогда оба колеса – левое и правое, будут двигаться вместе. Стабилизатор же проворачивается во втулках, на которых он закреплен.

Чтобы работа торсиона была максимально эффективной, стержень и вся конструкция должна быть достаточно жесткой. Эта самую жесткость определяют свойствами стали, формой стержня, геометрией крепежа.
Чем большей жесткостью будет обладать стабилизатор, тем большее высокую нагрузку он способен перенести с внешнего колеса. Автомобиль с жестким стабилизатором способен входить в достаточно крутые повороты.
Виды торсионов
На современном автомобиле можно встретить два вида торсионов. Это задний торсион и передний.
На задней оси данные узлы, как правило, отсутствуют.

К примеру, сзади деталь отсутствует на автомобилях с независимой задней подвеской – в качестве СПУ здесь используется специальная торсионная балка и продольные рычаги.
Преимущества и недостатки
Главное преимущество торсиона – это значительное уменьшение боковых кренов в поворотах. Если СПУ изготовлен из упругих и жестких марок стали, то водитель и пассажиры не почувствуют крен, а тяговое усилие при выходе из поворота и в самом повороте будет увеличиваться.

Пружины, амортизаторы и другие упругие элементы не способны как-либо сопротивляться глубоким кренам, когда машина входит в поворот. СПУ же данную проблему решает, но с другой стороны, если ехать прямо, то стабилизатор не так уж и необходим.
Это интересно: Установка и подключение кнопки Старт/Стоп с алиэкспресс
При всех явных и неявных плюсах СПУ вносит существенные ограничения в характеристики независимых подвесок. За счет колес, которые соединены со торсионом, уменьшается ход каждого колеса – это влечет за собой передачу ударов колеса с одной оси на другое.
Это актуально при езде по плохим, неровным дорогам. На бездорожье СПУ может спровоцировать вывешивание колеса, что приведет к потере его контакта с поверхностью.
А ведь полностью отказаться от СПУ не получается, но с помощью адаптивной подвески это возможно. Для этого используют активные стабилизаторы поперечной устойчивости. Это серьезная конструкция с гидравлическим или электромеханическим приводом.
Что будет если убрать стабилизатор поперечной устойчивости
Автомобилисты с опытом обслуживания своих авто считают, что стойки стабилизатора – это самые капризные детали в подвеске. И чтобы не менять их часто, многие умышленно отключат СПУ. В сети можно найти споры на форумах и сообществах о том, нужно ли отключать торсион.

На самом деле ездить без СПУ можно и ничего страшного не будет. В подвеске есть много элементов, без которых можно эксплуатировать машину. Но специалисты не рекомендуют убирать торсион, так если это сделать, то возможность подвески совершать резкие маневры в аварийной ситуации пропадает. Без торсиона в повороте машина будет крениться больше.
К сведению: Почему не загорается лампа давления масла при включении зажигания
Также существует легенда, что водитель «Пежо 607» решил отключить СПУ и в итоге разбил поддон двигателя. Специалисты подтвердили, что неприятности возникли именно из-за неработающего стабилизатора. Естественно, это касается только обычных автолюбителей и гражданских авто, которые ездят по городским дорогам.
Ездить без СПУ можно, но не быстро. Также не рекомендуется выполнять резких маневров – это может быть небезопасным. Но в большинстве случаев, если в повороте машина уверенно стоит на всех четырех колесах, то ничего не случится.
Большинство из нас знает функцию стабилизатора поперечной устойчивости, но как они на самом деле работают, и больше всегда лучше?

Скорее всего, вы слышали о стабилизаторах поперечной устойчивости или качающихся барах.И вы, наверное, знаете, что они делают - ведь ключ кроется в названии: они борются с броском тела, дух. а как именно?
Сама часть довольно проста. Это U-образный цилиндрический отрезок металла (обычно стальной), который соединяет подвеску с обеих сторон оси, как правило, через рычаги управления. Обычно он крепится к шасси посередине в двух точках с помощью резиновых втулок. Что касается того, почему вы хотите один, мы должны смотреть на радости ролл тела.

Во время поворота подрессоренная масса кузова будет естественным образом смещена к внешней стороне автомобиля, иначе известной как крен кузова.Это не то, что вам нужно - когда автомобиль наклоняется, колеса начинают наклоняться, уменьшая пятно контакта шин. Чрезмерный крен также приводит к тому, что машина не так отзывчива, так как вам потребуется больше времени, чтобы среагировать на ваши команды при попытке успокоиться.
Если у вас установлен стабилизатор поперечной устойчивости, энергия от более нагруженной стороны подвески будет передаваться через планку посредством скручивающей силы, эффективно «подтягивая» колесо на противоположной стороне оси вверх к корпусу. ,Это не избавит от крена полностью, но оно значительно уменьшит его, выровняв силы через ось до некоторой степени.

Однако есть и обратная сторона: воздействие одной стороны подвески на то, что происходит на противоположном конце, не всегда идеально, когда автомобиль сталкивается с недостатками на дороге.В конце концов, именно поэтому независимая подвеска обычно считается наилучшей установкой. Добавление стабилизатора поперечной устойчивости в смесь - это компромисс (хотя и необходимый в большинстве случаев), и он может вызвать тряску, посылаемую по кабине, что может быть неудобно и вызывать нервозность автомобиля. Таким образом, вы не хотите, чтобы стабилизатор поперечной устойчивости был слишком жестким - - это баланс между комфортом и производительностью.
Некоторые производители решают эту проблему, одновременно повышая эффективность стабилизатора поперечной устойчивости, путем установки активной системы.Это заменяет единственную часть с двумя стержнями, выступающими из центрального двигателя. Датчики отслеживают такие факторы, как угол поворота рулевого колеса и рыскание, и, когда это необходимо, сила скручивания, о которой мы говорили ранее, прикладывается электронным способом, поднимая менее нагруженное колесо и противодействуя крену.
С точки зрения модификации вашего автомобиля, стабилизаторы поперечной устойчивости послепродажного обслуживания могут улучшить способность к повороту, а также изменить баланс автомобиля.Например, прикрепите более жесткую стойку качания на задней части автомобиля с передним приводом, и вы уменьшите недостаточную поворачиваемость, в то время как деталь на заднем колесном автомобиле снизит избыточную поворачиваемость.
Важно отметить, что стабилизатор поперечной устойчивости большего диаметра не обязательно будет более жестким, поскольку некоторые являются полыми. Длина и положение рычагов также могут влиять на жесткость. В мире автоспорта, который чаще всего встречается, регулируемые стабилизаторы поперечной устойчивости позволяют регулировать эти факторы, предоставляя быстрый и простой способ настроить баланс автомобиля в соответствии с предпочтениями водителя.
Между тем, в области бездорожья, некоторые предпочитают полностью убирать поперечные балки, что позволяет значительно увеличить осевое сочленение.

Вы когда-нибудь меняли стабилизаторы поперечной устойчивости на своей машине? Для чего вы пошли и почему? Дайте нам знать об этом в комментариях.
,
В отличие от винтовых пружин, на стабилизаторах поперечной устойчивости очень редко отмечается коэффициент пружины. Это означает, что скорость либо должна быть рассчитана или измерена.
Если вы разрабатываете свой собственный стабилизатор поперечной устойчивости или у вас относительно простая форма стержня, тогда часто бывает более точным рассчитать жесткость стержней. Есть два основных уравнения, необходимых для расчета жесткости стабилизатора поперечной устойчивости.Во-первых, поперечина должна быть распознана как три отдельные части. Он имеет один торсионный стержень (часто самый толстый самый длинный участок) и два кронштейна (часто два коротких участка, которые крепятся к опорным звеньям).
Сначала рассчитывается жесткость торсионного стержня, что требует определенных знаний о детали и получения следующих данных:
- Модуль жесткости на кручение - это можно найти в таблице свойств материала для конкретного материала, из которого изготовлен ваш стержень
- Внутренний и внешний диаметр стабилизатора поперечной устойчивости. Если он сплошной, то требуется только внешний размер.
- Длина торсиона - Измерьте расстояние между начальной точкой кантилеверов.
- Длины консолей - это длина от того, где они встречают торсиона до того, где они подключаются к линии падения.
Затем используется уравнение для расчета показателя жесткости секции торсиона стабилизатора поперечной устойчивости. Тем не менее, из-за того, что торсионное усилие необходимо добавить к жесткости консолей, возникает проблема. Торсион находится в кручении, и консоль сгибается.Эти два типа приложения силы не могут быть непосредственно добавлены вместе. Поэтому вместо торсионного сечения используется уравнение, называемое прямолинейной жесткостью. Это уравнение:
Где:
- G = модуль жесткости при кручении (Па)
- J = полярный второй момент площади (м⁴)
- r = длина одного кантилевера (м)
- L = длина торсионного сечения (м)
Отдельное уравнение для J:
Где:
- d₁ = Внешний диаметр торсионного стержня (м)
- d₂ = внутренний диаметр торсионного стержня (м) (используйте только, если стержень полый)
Теперь, когда значение рассчитано для торсионной секции, теперь можно обратить внимание на расчет жесткости кантилевера.В автоспорте существует два основных типа кантилевера: трубчатый (как стандартная поперечина) и лопастной (часто регулируемый и поворачиваемый на 90 градусов). Уравнения для расчета жесткости кантилевера немного отличаются для трубчатых и лопастных, поэтому они приведены ниже. Заполните только соответствующий вам раздел, затем перейдите к разделу «Общая жесткость стабилизатора поперечной устойчивости».
Трубчатая консольная жесткость (самый распространенный тип)
Уравнение для трубчатого кантилевера будет рассмотрено первым.Информация, необходимая для расчета жесткости кантилевера:
- Модуль Юнга материала - это можно найти в любой таблице свойств материала для материала кантилевера.
- Внутренний и внешний диаметр кантилевера. Они часто сплошные, поэтому не имеют внутреннего диаметра, но всегда проверяют.
- Длина кантилевера - это длина между местом, где кантилевер крепится к торсионному стержню, и опорным звеном.
Из-за того, что консоль находится в изгибающем движении во время работы, используется расчет жесткости при изгибе:
Где:
- E = модуль жесткости по Юнгу (Па)
- I = второй момент площади (м⁴)
- L = длина кантилевера (м)
Второй момент площади для уравнения требует, чтобы его собственное уравнение сначала использовалось для вычисления фигуры.Важно использовать размеры кантилевера, в направлении которого он изгибается. Уравнение:
Где:
- d₁ = наружный диаметр консоли (м)
- d₂ = внутренний диаметр консоли (м)
Консольный стиль жесткости лезвия
Если у вас есть стабилизатор поперечной устойчивости в форме лезвия, жесткость будет немного отличаться из-за того, что лезвие сделано из пластины или стержня, а не из трубы. Самый точный способ рассчитать жесткость кантилевера в форме лезвия - это моделировать его в САПР и подвергать стресс-тестированию в программном обеспечении.Однако мы продолжим вычисления, если у вас нет доступа к САПР. Таким образом, расчеты лезвия не будут точно точным значением, но приблизят вас к реальной вещи.
Информация, необходимая для расчета жесткости кантилевера:
- Модуль Юнга материала - это можно найти в любой таблице свойств материала для материала кантилевера.
- Длина кантилевера - это длина между местом, где кантилевер крепится к торсионному стержню, и опорным звеном.
- Длина, ширина и толщина клинка и его ориентация для определения второго момента площади.
Уравнение для жесткости кантилевера такое же, как и для трубчатого сечения, также:
Где:
- E = модуль жесткости по Юнгу (Па)
- I = второй момент площади (м⁴)
- L = длина кантилевера (м)
Второй момент площади для лопастного стабилизатора поперечной устойчивости является уравнением, отличным от уравнения круглого сечения.Важно использовать размеры лопастного кантилевера, в направлении которого он изгибается. Для самых жестких настроек треугольное сечение будет вертикальным. Из-за треугольной формы лопасти потребовалось бы много интеграции, чтобы достичь уравнения для второго момента инерции. Поскольку большинство стабилизаторов поперечной устойчивости с небольшим сужением к ним, мы будем использовать уравнение для прямоугольника для второго момента площади. Это приблизит нас к реальному ответу, но позволит избежать некоторых очень сложных вычислений.Как упоминалось ранее, лучший путь для кантилевера с лопастной дугой - это использование CAD.
Сначала мы вычислим второй момент площади с лезвием в самом жестком положении, как на рисунке ниже.
Уравнение:
Где:
- b = Ширина основания ножевой секции (м)
- ч = общая длина полотна (м)
Это число затем можно вставить в уравнение жесткости кантилевера, чтобы получить жесткость лезвия в его наиболее жестком положении.
Теперь мы должны вычислить второй момент инерции для лезвия в его самом мягком положении с треугольным сечением, горизонтальным и параллельным земле. Опять же, нам придется игнорировать конусообразную форму лезвия, чтобы предотвратить чрезмерную сложность вычислений, поэтому в этой точке на боковом профиле лезвие будет считаться прямоугольным кантилевером, как на рисунке ниже.
Поэтому мы можем использовать уравнение:
Где:
- b = толщина бокового профиля ножа (м)
- h = длина консольного лезвия (м)
Затем его можно вставить в приведенное выше уравнение жесткости консольного рычага, чтобы рассчитать жесткость лезвия в его самом мягком положении.
Для двух значений жесткости кантилевера, которые мы теперь имеем для нашего лезвия, мы можем предположить, что, когда лезвие поворачивается с приращениями между самым высоким и самым низким параметрами, которые находятся на расстоянии 90 градусов, жесткость будет увеличиваться или уменьшаться в линейном масштабе. Поэтому вы можете создать простой график, такой как приведенный ниже, показывающий диапазон жесткости, доступный на вашем кантилевере лезвия, между нашими двумя расчетными значениями.
Теперь вы можете читать с линии с требуемой жесткостью по оси Y, чтобы приблизительно определить, на сколько градусов вращения лопасти будет достигнута желаемая жесткость кантилевера.Это выбранное значение жесткости затем может быть перенесено для вычисления общей жесткости стабилизатора поперечной устойчивости ниже.
Общая жесткость стабилизатора поперечной устойчивости
С этими двумя основными уравнениями теперь рассчитывается по фигуре для жесткости. Все они могут быть сложены последовательно, чтобы рассчитать общую жесткость стабилизатора поперечной устойчивости. Однако из-за способа добавления пружин в серии используется следующее уравнение:
Тогда это число просто должно иметь 1, деленное на него в виде:
Это даст вам окончательное число для жесткости стабилизатора поперечной устойчивости.
Другой, гораздо более простой способ расчета жесткости поперечной балки - это физическое испытание стержня на испытательном стенде. Именно здесь планка может быть установлена на испытательном стенде, как если бы она была установлена в автомобиле. Один конец поперечной балки (где монтируется опускное звено) необходимо удерживать в фиксированном положении, чтобы он не мог двигаться. Затем к другому концу (где крепится другая опорная тяга) необходимо приложить известное усилие в совершенно перпендикулярном направлении. Величину, с которой консоль перемещается вверх или вниз, необходимо измерять с большой точностью.С известной приложенной силой и смещенным расстоянием, отмеченными, две фигуры могут быть вставлены в приведенное ниже уравнение для расчета жесткости:
Где:
- F = приложенное усилие (N)
- x = пройденное расстояние (м)
Все значения жесткости во всех приведенных выше уравнениях даны в ньютонах на метр (Н / м)
Наличие регулируемого стабилизатора поперечной устойчивости является очень важной функцией, позволяющей настраиваться на любой серьезный конкурентный автоспорт.Существуют различные стили настройки, доступные для покупки и дизайна.
Одним из способов регулировки жесткости поперечной балки является изменение длины консолей. Это можно сделать несколькими способами. Один из способов, более распространенных на вторичном рынке болтов на деталях, состоит в том, чтобы иметь несколько различных монтажных положений по длине кантилевера для соединения с опорным болтом. Чем короче кантилевер; чем жестче становится поперечная балка, и наоборот. Другая техника, распространенная в автоспорте с открытыми колесами, состоит в том, чтобы иметь крепление опускной тяги к круглой консоли с втулкой.Затем эту втулку можно ослабить с помощью установочного винта и плавно перемещать вверх и вниз по кантилеверу для точной настройки жесткости кантилевера. Это обеспечивает гораздо более высокую точность настройки, позволяя автомобилю быть очень точно настроенным для трека, водителя и поверхности.
недавно погрузился в динамику автомобиля для тестирования настройки в AC. Я разобрался с настройками аэродинамики, скорости вращения и демпфирования, но мне нужна помощь с подходом и выполнением определения скорости крена ARB. Если вы хотите сначала прочитать материал, я бы порекомендовал PDF-файлы по ссылке в конце. AC дает и использует много значений и данных, полученных в реальной физике. Предыдущая работа над аэро, пружинами и амортизаторами доказала точность этого кроссоверного подхода к игре.
В этом посте много математики, поэтому принимайте его как есть. Мы рассчитываем в единицах СИ, поэтому нет фунтов или футов. Поскольку нам нужно большинство решений для последующих уравнений, округление и действительные числа игнорируются. К вашему сведению, я совершенно не понимаю, что некоторые люди против математики, но давайте перейдем к делу.
Параметры
среднедвигательный автомобиль GT, который создает ~ 1000 кг прижимной силы и ~ 600 кг сопротивления при ~ 280 км / ч.
Общая масса = 1100 кг
Общий вес = 10791 N
CG = 0,48 @ спереди
Колесная база = 2770 м
Масса пружины - передняя часть (одно колесо) = 226,56 кг
Масса пружины - задняя часть (одно колесо) = 245,44 кг
Общая масса пружины = 944 кг
Скорость пружины - передняя часть = 122500 Н / м, задний = 125600 Н / м
Частота езды - передняя = 3,7 Гц, задняя = 3,6 Гц (естественная частота при движении без затухания)
Желаемый общий градиент крена = 0,7 град / г (градусов крена кузова на г боковое ускорение)
Ширина колеи - спереди = 1620 м, сзади = 1550 м, в среднем = 1585 м
Передняя шина = 313524 Н / м, сзади = 321516 Н / м, средняя = 317520 Н / м
Магические числа = 55% @ спереди , 45% при тыле (общее распределение передачи поперечной нагрузки, вызванное Милликеном, или процент градиента крена передней подвески на обычном английском языке)
Коэффициент движения
Mot Соотношения ионов (MR) являются загадкой в AC.2
WR = Скорость вращения колеса
SR = Пружинная скорость
MR = Коэффициент движения
Формулы
Фактические скорости вращения ARB получены из:
Формулы 1: ARB жесткость
FARB MR и RARB MR = 1
Общая скорость крена (K_phi A), необходимая для расчетов Формулы 1:
Формула 2: общая скорость вращения ARB
Обратите внимание, что K_W в уравнении - это скорость вращения колеса на одном колесе. Я взял здесь в среднем 124050 Н / м. Этот большой также принимает во внимание пружину шин.
У нас есть все остальные значения, кроме желаемой общей скорости крена:
Формула 3: Желаемая общая скорость крена
H, вертикальное расстояние от центральной оси крена до CG у меня нет и пришлось угадывать.
H = 0,1 м
Являясь фактором делителя дроби, эта величина оказывает огромное влияние на решение этого уравнения.
Скорости вращения без учета скорости пружины шин намного проще:
Формула 4: Скорость вращения спереди (без шин)
Формула 5: Скорость заднего крена (без шин)
Решения
, выполненные вручную традиционно с ручкой и бумагой
Формула 4 (F4)
K_phi F = [pi * (1 620 м) ² * (122500 Н / м ) ²] / [180 * (122500 Н / м +122500 Н / м)]
K_phi F = 2805,52 Нм / град
F5
K_phi R = [пи * (1550 м) ² * * (125600 N / м) ²] / [180 * (125600 Н / м + 125600 Н / м)]
K_phi R = 2633,30 Нм / град
F3
K_phi DES = (10791 Н * 0,1 м) / (0,7 град / г)
K_phi DES = 1541,6 Нм // град / г
F2
K_phi A =
пи / 180 * {[1541,6 Нм // град / г * 317520 Н / м * (1585 м) ² / 2] / [317520 Н / м * (1585 м) ² / 2 * pi / 180 - 1541,6 Нм // град / г} - [pi * 124050 Н / м * (1585 m) ² / 2] / 180
упрощенный:
K_phi A = pi / 180 * (6,149 * 10 ^ 14 (Нм) ² / град) / (5419,49 (Нм) ² / град) - 2719,59 Нм
K_phi A = 1,9801 * 10 ^ 9 Нм
что ?? 2 * ^ 10 ^ 9?
в Ф1:
K_phi FA = 1,9801 * 10 ^ 9 Нм * 55 * 1/100
K_phi FA = 1 089 * 10 ^ 9 Нм
снова, что-то совершенно безумное, что не может быть настоящим
В итоге
Решения для F3, F4 и F5 понятны, но F2 и F1 необычны, если не сказать больше.Значения, на которые следует обратить внимание, это H из F3 и K_W из F2. Любое другое значение является либо константой, либо заданным, либо выбранным значением, и все они должны быть сплошными.
Я хотел взять решения от F1 и установить их в качестве значений ARB в меню настройки, но приведенные выше бесполезны. Единица жесткости АРБ в игре - Нм.
Вот вопросы:
Это вообще правильный подход для определения значений жесткости ARB?
Подходят ли решения от F1 для применения ARB в игре?
Правильно ли использовать эти формулы?
Есть ли ошибки в этих расчетах?
Если вы знакомы с динамикой / кинематикой автомобиля и / или читали превосходную книгу Millikan по этим темам, пожалуйста, поделитесь ею.
Большинство уравнений взято из pdf # 2 здесь:
http://www.optimumg.com/technical/technical-papers/
(раздел Spings & Dampers)
с нетерпением ждем ваших ответов,
cheeeeeers