車輛底盤性能調(diào)校分析

梁阿南，白艷飛，李波，李國(guó)紅，齊向陽(yáng)

北京汽車集團(tuán)有限公司 北京 101300

車輛底盤性能是汽車設(shè)計(jì)和使用時(shí)需要考慮的重要因素。底盤調(diào)校工作與新車的造型設(shè)計(jì)一樣，是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，底盤性能調(diào)校所涉及到的零部件非常多，覆蓋懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎及制動(dòng)等系統(tǒng)。

底盤性能調(diào)校的目的

底盤調(diào)校就是在有限的成本和資源條件下，整合各個(gè)子系統(tǒng)和零部件，協(xié)調(diào)內(nèi)部的矛盾以及內(nèi)外之間的矛盾，通過(guò)調(diào)校的手段找到各方面性能的最佳平衡點(diǎn)，以滿足既定的性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)。

底盤調(diào)校過(guò)程如木桶原理（見(jiàn)圖1）：沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)校的樣車存在各種各樣的短板，例如：過(guò)彎側(cè)傾大、高速發(fā)飄、過(guò)坎太硬、剎車點(diǎn)頭大及加速俯仰角大等問(wèn)題，無(wú)法讓用戶滿意。

圖1 木桶原理

針對(duì)這些問(wèn)題，底盤調(diào)校工程師會(huì)通過(guò)不斷的平衡、優(yōu)化，最終讓車更好開(kāi)，駕乘更安全、更舒適，這就是底盤調(diào)校的目的和意義。

底盤性能調(diào)校的基礎(chǔ)

要達(dá)到底盤性能目標(biāo)需完成三方面的主要工作：前期基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、后期底盤調(diào)校工作和生產(chǎn)一致性控制。其中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能貢獻(xiàn)占比約為60%，底盤調(diào)校約為30%，生產(chǎn)一致性控制占比約為10%。也就是說(shuō)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是底盤性能達(dá)標(biāo)的前提，底盤調(diào)校是性能再拔高的過(guò)程，生產(chǎn)一致性控制是底盤性能的最終保障（見(jiàn)圖2）。

圖2 底盤性能目標(biāo)

前期基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括4個(gè)方面：

1.底盤平臺(tái)架構(gòu)的選擇

平臺(tái)的選擇至關(guān)重要，不同的平臺(tái)決定了不同的底盤性能。例如，前輪驅(qū)動(dòng)的車輛過(guò)彎加油容易推頭，后輪驅(qū)動(dòng)的車輛雨雪天氣加速容易出現(xiàn)甩尾；后軸荷載比例過(guò)大容易造成平衡不足；轉(zhuǎn)向度過(guò)小導(dǎo)致車輛穩(wěn)定性降低；質(zhì)心位置過(guò)高會(huì)造成過(guò)彎容易側(cè)翻。又如懸架形式采用多連桿操控和舒適性比扭力梁會(huì)好，多連桿懸架又分三連桿、四連桿和五連桿，每種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的特性都將不同，在前期開(kāi)發(fā)階段要做好充分的對(duì)標(biāo)研究，才能為后期的調(diào)校工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.汽車造型設(shè)計(jì)

汽車造型對(duì)車輛操控穩(wěn)定性能的影響可以概括為兩個(gè)方面：一是汽車垂向空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)車輛正壓力（浮力）的影響；二是汽車側(cè)向空氣動(dòng)力學(xué)即對(duì)橫風(fēng)穩(wěn)定性的影響（見(jiàn)圖3）。

圖3 汽車造型

（1）對(duì)汽車垂向穩(wěn)定性的影響 有用戶反饋在高速駕駛某些車輛時(shí)會(huì)有發(fā)飄感，覺(jué)得很危險(xiǎn)，這里除了有底盤抓地能力不足原因，還有很大一部分原因是汽車的浮力過(guò)大，即正壓力過(guò)大。

上浮力要盡可能小，通過(guò)擾流板、尾翼、導(dǎo)流槽及側(cè)裙等合理設(shè)計(jì)可以改變浮力的大小。

另外，車輛前、后端的上浮力比例關(guān)系也會(huì)影響車輛的穩(wěn)定性，一般前后比例盡可能接近1∶1。

（2）對(duì)車輛橫向穩(wěn)定性也有影響 車輛高速迎面經(jīng)過(guò)大型車或者一股強(qiáng)風(fēng)從側(cè)面吹過(guò)來(lái)時(shí)，車輛會(huì)晃動(dòng)，不容易控制，有危險(xiǎn)感，這個(gè)便是車輛橫風(fēng)穩(wěn)定性不足的表象。

每輛車都有一個(gè)固定的風(fēng)壓中心，其與質(zhì)心的位置決定車輛的橫風(fēng)穩(wěn)定性。通過(guò)前期的側(cè)面造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)風(fēng)壓中心與質(zhì)心的位置，便可以很好地規(guī)避這個(gè)問(wèn)題。

3.車身剛度大小

車身扭轉(zhuǎn)剛度的大小直接影響車輛的平順性。扭轉(zhuǎn)剛度和局部剛度較小的車會(huì)給人一種松散感和廉價(jià)感，反之，較高的車身剛度會(huì)給用戶帶來(lái)一種整體感和高級(jí)感，在早期的設(shè)計(jì)分析時(shí)要做好充分對(duì)標(biāo)研究。

4.座椅的舒適度

隔振過(guò)濾能力好、側(cè)向支撐性好的座椅，可以很大程度地提升車輛底盤操穩(wěn)和平順性，座椅與底盤性能需同步開(kāi)發(fā)[1]。

底盤性能調(diào)校的內(nèi)容

先確定底盤總體性能目標(biāo)，將總體性能目標(biāo)分解成對(duì)各零件的設(shè)計(jì)要求。底盤調(diào)校主要涉及懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)及輪胎選型，一般進(jìn)行兩輪調(diào)校，在進(jìn)行第一輪調(diào)校之前不要進(jìn)行K&C試驗(yàn)和操穩(wěn)試驗(yàn)?zāi)５总囕v的底盤基本的性能，和調(diào)校性能目標(biāo)相比較，指明調(diào)校優(yōu)化方向，為后續(xù)調(diào)校準(zhǔn)備。

1.懸架系統(tǒng)零部件的平衡調(diào)校

懸架系統(tǒng)包含減振器、穩(wěn)定桿、彈簧、襯套、TOPMOUNT等，占據(jù)了底盤調(diào)校的大部分零件。螺旋彈簧將路面顛簸能量呈現(xiàn)為正弦波的形式；減振器將正弦波式的能量轉(zhuǎn)化為熱能，并逐漸揮散掉；襯套起到隔振過(guò)濾功能。

穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)側(cè)傾剛度有直接的影響[2]，在實(shí)際底盤調(diào)校過(guò)程中，通常需要對(duì)前后穩(wěn)定桿反復(fù)嘗試不同的扭轉(zhuǎn)剛度，與前后懸架良好的側(cè)傾剛度匹配。減振器與彈簧、穩(wěn)定桿等底盤部件的完美配合能大幅提高操控性與舒適性。每個(gè)部件剛度和阻尼的改變會(huì)影響到車輛底盤的各項(xiàng)性能，其調(diào)校的結(jié)果會(huì)影響到底盤的操控性、穩(wěn)定性及平順性，三者之間相互矛盾，相互制衡。

懸架系統(tǒng)調(diào)校的基本思路是：偏操控的車需適當(dāng)犧牲一點(diǎn)平順性；偏舒適的車會(huì)適當(dāng)降低一點(diǎn)操控性能。操控性、穩(wěn)定性、平順性三者之間如何達(dá)到一個(gè)完美的平衡，是被動(dòng)式底盤調(diào)校最大的挑戰(zhàn)。

2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件的平衡調(diào)校

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）的調(diào)校過(guò)程主要是對(duì)軟件各部分進(jìn)行匹配調(diào)校。例如，通過(guò)對(duì)EPS基礎(chǔ)助力、回正、阻尼以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)的匹配調(diào)校，使轉(zhuǎn)向性能達(dá)到低速輕便、高速穩(wěn)重的感覺(jué)。這里尤其要關(guān)注轉(zhuǎn)向機(jī)和電動(dòng)機(jī)摩擦力大小，其對(duì)轉(zhuǎn)向的手感會(huì)產(chǎn)生較大的影響，所以系統(tǒng)內(nèi)摩擦需控制在一個(gè)較低的范圍，才能給用戶一個(gè)好的轉(zhuǎn)向手感。

3.制動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的匹配

通過(guò)基礎(chǔ)制動(dòng)合理的匹配以及ABS、ESP、TCS軟件系統(tǒng)的進(jìn)一步匹配調(diào)校，用電子控制系統(tǒng)彌補(bǔ)機(jī)械部分的不足，使車輛的操控穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升。例如，車輛出現(xiàn)側(cè)滑時(shí)，ESP會(huì)及時(shí)工作，避免車輛進(jìn)一步失控。

4.輪胎匹配選型

輪胎作為關(guān)系到底盤性能的關(guān)鍵零件，其內(nèi)部有著非常多的矛盾面，要做好滾動(dòng)阻力、干地抓地力、濕地抓地力、雪地抓地力、振動(dòng)與噪聲等之間性能的平衡。目前通用的方法是根據(jù)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)輪胎的結(jié)構(gòu)和配方提出改進(jìn)建議，再進(jìn)行新一輪的評(píng)價(jià)選型。

當(dāng)今，隨著用戶駕駛技能以及體驗(yàn)感知的不斷提升，特別是5G技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)車輛底盤性能的要求也越來(lái)越高[3]。汽車是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，只有各部門各專業(yè)通力、緊密合作，通過(guò)科學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，精細(xì)的底盤調(diào)校，才能全面、高效地打造出完美的底盤性能，給用戶更好的駕乘體驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

底盤調(diào)校是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，車型的定位、零部件特性、整車載荷等因素都會(huì)對(duì)調(diào)校的風(fēng)格有影響。隨著底盤電控技術(shù)、底盤調(diào)校技術(shù)的發(fā)展，底盤性能也會(huì)滿足越來(lái)越多消費(fèi)者不同的需求。