乘用車(chē)底盤(pán)調(diào)校過(guò)程分析

楊麗群，程 章

安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)與機(jī)械工程系，安徽合肥，230051

近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)高速增長(zhǎng)，2013年中國(guó)汽車(chē)總銷(xiāo)量達(dá)到2 200萬(wàn)臺(tái)，其中乘用車(chē)占1 792萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)15.7%，其中自主品牌銷(xiāo)量722萬(wàn)臺(tái)，約占總銷(xiāo)量的40%。在自主品牌紛紛推出整車(chē)和核心動(dòng)力總成的同時(shí)，自主品牌轎車(chē)的底盤(pán)技術(shù)問(wèn)題凸顯了出來(lái)。由于底盤(pán)的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、資金投入大，再加上底盤(pán)方面的技術(shù)專(zhuān)利限制較大，目前自主品牌花巨資研發(fā)整車(chē)底盤(pán)的做法并不經(jīng)濟(jì)。基于此，自主品牌汽車(chē)制造商大都借鑒或直接使用外資品牌的底盤(pán)，并請(qǐng)國(guó)外公司幫助調(diào)校，最終定型［1］。

懸架系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完成后，整車(chē)操控與舒適性需根據(jù)不同車(chē)型進(jìn)行定位。若要同時(shí)具備優(yōu)良的舒適感和操控性，那么對(duì)整車(chē)的性能基礎(chǔ)的要求就很高，如高級(jí)懸架結(jié)構(gòu)、高剛性車(chē)身、低重心、高性能胎，合理的輪距、軸距設(shè)計(jì)和很好的硬點(diǎn)設(shè)計(jì)以及KC特性等。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)底盤(pán)調(diào)校的研究主要集中在虛擬仿真和調(diào)校上，也有的從主觀評(píng)價(jià)入手，結(jié)合底盤(pán)調(diào)試的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)作底盤(pán)調(diào)試，但缺少理論上的指導(dǎo)和支撐。本文以某商務(wù)車(chē)為例，研究底盤(pán)調(diào)校方法，從仿真分析和理論計(jì)算兩方面著手，對(duì)整車(chē)進(jìn)行重新調(diào)校，以取得良好的操縱穩(wěn)定性和乘座舒適性，為自主汽車(chē)制造廠的底盤(pán)調(diào)校工作提供參考。

1 目標(biāo)設(shè)定

對(duì)于底盤(pán)系統(tǒng)，標(biāo)桿樣車(chē)的研究主要包括以下幾個(gè)方面：（1）整車(chē)基本的尺寸，重量、重心分布，懸架結(jié)構(gòu)，這些是懸架的基本性能，也是日后調(diào)校的基礎(chǔ)。（2）四輪定位參數(shù)數(shù)值的獲得，這直接決定或影響后期四輪定位參數(shù)的設(shè)計(jì)和調(diào)整。（3）前后懸架的K＆C特性，一般是在半載或滿載情況下取得，重點(diǎn)關(guān)注標(biāo)桿車(chē)的K＆C特性是否有異常之處。（4）按國(guó)標(biāo)或者ISO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整車(chē)進(jìn)行操縱穩(wěn)定性、平順性客觀試驗(yàn)［2］。（5）整車(chē)主觀評(píng)價(jià)，將整車(chē)的性能表現(xiàn)用可視化的雷達(dá)圖表示出來(lái)（圖1）。目標(biāo)的設(shè)定是基于眾多標(biāo)桿樣車(chē)性能數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行的，在掌握足夠多的車(chē)型數(shù)據(jù)后，根據(jù)車(chē)型市場(chǎng)定位確定性能水平，圖2是某商務(wù)車(chē)最終的R＆H目標(biāo)設(shè)定。

圖1 競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型的性能雷達(dá)圖

2 分析計(jì)算

圖2 某車(chē)R＆H性能目標(biāo)設(shè)定

確定好調(diào)校目標(biāo)，了解當(dāng)前整車(chē)性能水平后，進(jìn)行相應(yīng)的仿真分析計(jì)算，并通過(guò)調(diào)校K＆C特性、彈簧穩(wěn)定桿剛度、阻尼力、緩沖塊剛度、襯套剛度等提升和完善整車(chē)某方面的性能。調(diào)校過(guò)程中要對(duì)懸架跳動(dòng)過(guò)程中四輪定位參數(shù)的變化情況進(jìn)行確認(rèn)，重新計(jì)算調(diào)整整車(chē)姿態(tài)以及側(cè)傾特性、轉(zhuǎn)彎半徑比的計(jì)算，減振器阻尼力的校核。圖3是某商務(wù)車(chē)底盤(pán)動(dòng)力學(xué)仿真與調(diào)校模型。該模型一般在設(shè)計(jì)之初建立，用于底盤(pán)硬點(diǎn)確認(rèn)的K＆C特性分析和操縱穩(wěn)定性分析等。在底盤(pán)調(diào)校時(shí)，利用此模型可以很方便地模擬穩(wěn)定桿直徑或彈簧料絲直徑增加或減小1mm時(shí)整車(chē)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)表現(xiàn)，以及在不同減振器阻尼力值和襯套剛度條件下，整車(chē)瞬態(tài)響應(yīng)和舒適性表現(xiàn)。

圖3 商務(wù)車(chē)底盤(pán)動(dòng)力學(xué)仿真調(diào)校模型

在底盤(pán)調(diào)校時(shí)，往往需要細(xì)微調(diào)整懸架的K＆C特性，其中最關(guān)鍵的是前后輪前束變化特性。在整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)，前輪前束與輪跳一般呈負(fù)變化，后輪前束與輪跳呈正變化。圖4為該商務(wù)車(chē)前輪前束化曲線，實(shí)測(cè)值為 ＋0.21°／50mm。這樣，當(dāng)整車(chē)側(cè)傾時(shí)，會(huì)降低前軸不足轉(zhuǎn)向特性；若在其他方面（如角剛度匹配）不能補(bǔ)償這種不足轉(zhuǎn)向消弱的話，則需要更改。目標(biāo)值是將前輪前束變化調(diào)整為－0.13°／50mm。

圖4 商務(wù)車(chē)前輪前束變化實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值

有資料顯示，前輪前束須設(shè)計(jì)成弱的負(fù)變化，一般在－0.5～0°／50mm范圍內(nèi)，以有利于提高整車(chē)的不足轉(zhuǎn)向特性［3－4］。

商務(wù)車(chē)的車(chē)身高、整備重量大，重心高度比轎車(chē)平均要高200～250mm，所以車(chē)身穩(wěn)定性必須控制好，側(cè)傾不能太大，但又不能控制得太小，否則乘員會(huì)失去側(cè)傾的感覺(jué)［5］。商務(wù)車(chē)對(duì)乘座的舒適性有較高的要求，這就需要在控制側(cè)傾的同時(shí)，不能影響舒適性。根據(jù)分析，對(duì)前后穩(wěn)定桿進(jìn)行調(diào)校能達(dá)到上述效果。由于該商務(wù)車(chē)車(chē)身高達(dá)到1 970mm，空載整備質(zhì)量達(dá)到2 100kg，針對(duì)前后穩(wěn)定桿直徑的變化組合計(jì)算出的側(cè)傾角和轉(zhuǎn)彎變徑比如下表1所示。

表1 不同穩(wěn)定桿組合調(diào)校效果計(jì)算對(duì)比

從表1可以看出，方案2、4、5的側(cè)傾度為滿意值；另外，不足轉(zhuǎn)向度和轉(zhuǎn)彎半徑比與調(diào)校前變化不明顯。有文獻(xiàn)［6－7］指出，轎車(chē)前后角剛度比值在1.4～1.6的范圍內(nèi)比較合適，但針對(duì)不同類(lèi)型乘用車(chē)前后角剛度比值因車(chē)型而異，總體控制在1.4～2.6范圍之內(nèi)。像轎車(chē)化平臺(tái)的商務(wù)車(chē)，則與一般轎車(chē)水平相當(dāng)，對(duì)高質(zhì)心的VAN式商務(wù)車(chē)，其前后角側(cè)度比值在2.0～2.4之間。從表1還可以看出，調(diào)校前與方案3的比值明顯超出這個(gè)范圍，可以給予排除。方案1、4、7在臨界值附近不優(yōu)先考慮，而方案2、5、6從側(cè)傾角度控制和不足轉(zhuǎn)向度綜合考慮，可優(yōu)先作為調(diào)校方案。但要注意，不是穩(wěn)定桿加得越粗越好，因?yàn)檫@考慮到前后剛度的匹配和均衡以及空間布局和其他方面的局限。本文所研究的商務(wù)車(chē)最終調(diào)校定型時(shí)，采用前桿加粗2mm，后桿直徑加粗5mm的方案5，實(shí)測(cè)前后角剛度（含輪胎）比值為2.2。

減振器調(diào)校首先需要對(duì)相對(duì)阻尼系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，看前后減振器相對(duì)阻尼系數(shù)是不是匹配合理。然后，分別對(duì)現(xiàn)有阻尼力值進(jìn)行±10%和±20%的試算，重點(diǎn)關(guān)注相對(duì)阻尼系數(shù)的大小是否在滿意值的范圍內(nèi)。計(jì)算公式［8］如下：

其中，C為實(shí)際阻尼系數(shù)（由減振器F－V曲線的線性差值比求得），N·s／mm；m為懸架簧載質(zhì)量，kg·s2／9 800mm；K為懸架系統(tǒng)垂直剛度，N／mm；i為減振器安裝杠桿比；β為減振器安裝角度，°；Ψc為壓縮行程相對(duì)阻尼系數(shù)；Ψr為復(fù)原行程相對(duì)阻尼系數(shù)。

合理地選擇前后減震器的壓縮與復(fù)原的相對(duì)阻尼系數(shù)，將會(huì)得一組最理想的阻尼系數(shù)，從而得到一組減震器的調(diào)?；鶞?zhǔn)值阻尼值，在這一基準(zhǔn)值上再結(jié)合實(shí)車(chē)進(jìn)行阻尼調(diào)試。根據(jù)實(shí)際調(diào)試工程經(jīng)驗(yàn)，一般推薦前后減震器的相對(duì)阻尼系數(shù)Ψc＝0.16～0.25，Ψr＝0.3～0.4，Ψc／Ψr＝0.5左右［9］。如果有參考標(biāo)桿車(chē)，可以通過(guò)測(cè)量和分析掌握標(biāo)桿樣車(chē)的相對(duì)阻尼系數(shù)，并利用標(biāo)桿車(chē)的相對(duì)阻尼系數(shù)確定一組開(kāi)發(fā)車(chē)的阻尼力作為調(diào)?；鶞?zhǔn)值。

計(jì)算分析過(guò)程是調(diào)校的關(guān)鍵過(guò)程，要充分利用設(shè)計(jì)計(jì)算、CAE仿真分析、虛擬試驗(yàn)等技術(shù)手段，對(duì)擬調(diào)校的方案進(jìn)行試算，為后期主觀評(píng)價(jià)減少工作量，提高工作效率，從而節(jié)省大量的時(shí)間和成本。

3 主觀評(píng)價(jià)

底盤(pán)調(diào)校中的主觀評(píng)價(jià)有三大基本條件：車(chē)、人、環(huán)境，同時(shí)具備以上三個(gè)條件才可以開(kāi)展主觀評(píng)價(jià)工作。調(diào)校樣車(chē)無(wú)論從車(chē)身剛性到輪胎胎壓等各個(gè)方面均要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，還要有足夠的調(diào)校部件；評(píng)價(jià)者和參與者需要具備豐富的評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)和過(guò)強(qiáng)的心理素質(zhì)以及高超的駕駛技巧，并在底盤(pán)設(shè)計(jì)領(lǐng)域有一定的知識(shí)積累和豐富的經(jīng)驗(yàn)；環(huán)境包括評(píng)價(jià)的場(chǎng)地、天氣因素、K＆C臺(tái)架和減振器專(zhuān)用調(diào)校車(chē)等。調(diào)校車(chē)輛的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，評(píng)價(jià)分三大部分：轉(zhuǎn)向、操控、舒適性，具體項(xiàng)目（部分）見(jiàn)表3。

懸架調(diào)校往往需要多輪才可以最終確定狀態(tài)。一般車(chē)型評(píng)價(jià)得分在6.5分以上懸架狀態(tài)才能進(jìn)入量產(chǎn)。調(diào)校結(jié)束后，需要按國(guó)標(biāo)進(jìn)行操縱穩(wěn)定性和平順性客觀試驗(yàn)，以使主、客觀評(píng)價(jià)均能達(dá)到理想的目標(biāo)值。在量產(chǎn)階段，還需要對(duì)調(diào)校部件設(shè)計(jì)變更后的整車(chē)操作穩(wěn)定感和舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)和確認(rèn)，如果有問(wèn)題，需要查找相應(yīng)部件，并作出調(diào)整對(duì)策。通常情況下，懸架結(jié)構(gòu)制約著性能水平的高低。目前，底盤(pán)技術(shù)朝著復(fù)雜的多連桿結(jié)構(gòu)型式發(fā)展，如采用空氣彈簧、連續(xù)可調(diào)阻尼（CDC）、鍛鋁、鑄鋁控制臂、液壓襯套、空心穩(wěn)定桿等，并配合高鋼性車(chē)身和高性能輪胎，這樣，底盤(pán)性能可以調(diào)校出各種不同風(fēng)格并能兼顧到操作穩(wěn)定性與乘座的舒適性。

表2 主觀評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 主觀評(píng)價(jià)項(xiàng)目（部分）

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠商已具備很強(qiáng)的分析和計(jì)算能力，但能進(jìn)行全面的底盤(pán)主觀評(píng)價(jià)的工程師還很少。試驗(yàn)數(shù)據(jù)和駕駛評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的雙重缺乏是制約底盤(pán)調(diào)校水平發(fā)展的瓶頸。本文論述了某商務(wù)車(chē)懸架調(diào)校的過(guò)程與方法，將目標(biāo)設(shè)定、分析計(jì)算和主觀評(píng)價(jià)三大方面結(jié)合起來(lái)運(yùn)用，旨在嘗試建立一套適應(yīng)于乘用車(chē)底盤(pán)調(diào)校的流程和規(guī)范，進(jìn)而對(duì)底盤(pán)調(diào)校技術(shù)作進(jìn)一步的探索。

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