李爽 于春滿

摘 要：汽車各個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過程中，參考標(biāo)桿車進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)方法被國內(nèi)外整車生產(chǎn)企業(yè)所廣泛采用。本文主要以汽車前懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)逆向設(shè)計(jì)為例，對汽車懸架硬點(diǎn)設(shè)計(jì)確定思路、方法、步驟以及合理性判斷依據(jù)等方面進(jìn)行闡述、分析。

關(guān)鍵詞：懸架硬點(diǎn);逆向設(shè)計(jì);模型裝配;參數(shù)調(diào)整;測量數(shù)據(jù)

1 簡述

一般汽車懸架系統(tǒng)開發(fā)方式通常有兩種：一種是通過技術(shù)引進(jìn)合作方式獲取技術(shù)資料（如圖紙、詳細(xì)的技術(shù)要求、試驗(yàn)規(guī)范等）;另一種是選定標(biāo)桿車型底盤，通過測量、分析等來還原標(biāo)桿車型相關(guān)特征尺寸、性能參數(shù)，從中找到懸架關(guān)鍵硬點(diǎn)參數(shù)尺寸，并規(guī)避相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，即逆向開發(fā)?？紤]開發(fā)成本、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等因素，國內(nèi)底盤零部件生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)采取第二種開發(fā)方式。

對于懸架系統(tǒng)來說，準(zhǔn)確獲得硬點(diǎn)相關(guān)幾何參數(shù)尤為重要。根據(jù)標(biāo)桿車型底盤測量數(shù)據(jù)，初步提取懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬點(diǎn)，并分析其布置合理性，調(diào)整硬點(diǎn)數(shù)據(jù)至最佳狀態(tài)，為汽車底盤系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。下面以汽車前懸架系統(tǒng)（麥弗遜獨(dú)立懸架）為例，淺談汽車懸架硬點(diǎn)逆向開發(fā)方法。

2 懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)設(shè)計(jì)基本思路

獲取標(biāo)桿車型整車數(shù)據(jù)→底盤姿態(tài)掃描→懸架零部件拆解及數(shù)據(jù)掃描→初步確定懸架相關(guān)零部件關(guān)鍵硬點(diǎn)→懸架系統(tǒng)模型搭建及分析→懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)調(diào)整至合理狀態(tài)→確定系統(tǒng)硬點(diǎn)尺寸。

3 懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)設(shè)計(jì)過程

3.1 通過設(shè)備測量或其他方法獲取標(biāo)桿車型整車數(shù)據(jù)

整車數(shù)據(jù)包括但不僅限以下參數(shù)：前后車輪定位參數(shù)、輪胎標(biāo)準(zhǔn)氣壓、懸架姿態(tài)數(shù)據(jù)、整車質(zhì)量參數(shù)、前后輪距、軸距等。

3.2 標(biāo)桿車型底盤姿態(tài)測量

測量設(shè)備：三坐標(biāo)、高度尺、配重、掃描儀、測量平臺(tái)等。

測量參數(shù)：整車整備、設(shè)計(jì)載荷、滿載三種狀態(tài)下四個(gè)車輪輪心坐標(biāo)、靜半徑、姿態(tài)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

注意事項(xiàng)：①在測量下一狀態(tài)前，應(yīng)采取措施使懸架系統(tǒng)中彈性元件得到充分釋放，例如：前后晃動(dòng)車輛;②為準(zhǔn)確獲得車輪靜半徑，建議采用三坐標(biāo)測量（也可采用高度尺測量）;具體方法：選取平臺(tái)上三個(gè)參考點(diǎn)（盡量靠近車輪附近）作為測量基準(zhǔn)，每種載荷狀態(tài)下測量七個(gè)點(diǎn)（四個(gè)車輪中心點(diǎn)、三個(gè)平臺(tái)參考點(diǎn)）; ③底盤姿態(tài)掃描和三坐標(biāo)測量應(yīng)同步進(jìn)行，以減小兩者測量誤差。

3.3 拆解底盤懸架零部件，進(jìn)行點(diǎn)云掃描

3.4 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)坐標(biāo)系

根據(jù)整車坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換規(guī)則，將與底盤硬點(diǎn)、姿態(tài)數(shù)據(jù)（含三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)）及零部件點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為整車設(shè)計(jì)坐標(biāo)系狀態(tài)。

3.5 初步定義系統(tǒng)各零部件關(guān)鍵硬點(diǎn)

①前副車架總成關(guān)鍵硬點(diǎn)。a車架安裝點(diǎn)（如：安裝孔距、安裝面），注意與車身硬點(diǎn)尺寸保持一致;b重要零部件安裝尺寸（如：擺臂安裝點(diǎn)、轉(zhuǎn)向器總成安裝點(diǎn)）。②擺臂總成關(guān)鍵硬點(diǎn)。a與轉(zhuǎn)向節(jié)連接部位球銷球心、球徑、球頭銷配合錐面錐度、錐面大端圓（或小端圓）直徑;b前后橡膠襯套之間中心距離、安裝面寬度;c擺臂有效擺動(dòng)半徑（球銷球心到前后橡膠襯套中心連線的垂直距離）。③前轉(zhuǎn)向節(jié)關(guān)鍵硬點(diǎn)。a前懸架擺臂安裝孔中心線、錐面大端圓直徑、錐孔錐度、球銷球心至錐面大端圓距離;b轉(zhuǎn)向拉桿球銷安裝孔中心線、錐面大端圓直徑、錐孔錐度、球銷球心至錐面大端圓距離;c前減振器安裝孔中心線;d前輪轂安裝孔中心線。④前減振器總成關(guān)鍵硬點(diǎn)。a前減振器（活塞桿）中心線、缸筒長度、活塞桿與前減振器上安裝支架安裝面;b前橫向穩(wěn)定桿連桿球銷安裝中心線、球心距安裝面的距離（球心位置）。⑤轉(zhuǎn)向器總成關(guān)鍵硬點(diǎn)。a齒條中心線、齒條滑移行程、小齒輪中心線、與前車架安裝孔位中心、孔距;b與轉(zhuǎn)向節(jié)連接尺寸：球銷球心、配合錐面錐度、錐面大端圓直徑、球心至錐面大端圓心距離。⑥前輪轂總成關(guān)鍵硬點(diǎn)。與前轉(zhuǎn)向節(jié)安裝面至與前制動(dòng)盤安裝面之間的距離（軸向安裝尺寸）。⑦前制動(dòng)

盤關(guān)鍵硬點(diǎn)。與前輪轂安裝面至與車輪安裝面之間的距離（軸向

安裝尺寸）。⑧車輪總成關(guān)鍵硬點(diǎn)。車輪安裝平面、車輪中心線、偏距。

3.6 模型搭建

以前副車架為固定基準(zhǔn)，將相關(guān)零部件逆向數(shù)據(jù)按照初步確定的關(guān)鍵硬點(diǎn)進(jìn)行裝配，搭建懸架系統(tǒng)電子樣機(jī)。

3.7 模型硬點(diǎn)合理性分析

根據(jù)搭建模型分別測量前后車輪定位參數(shù)、輪距、軸距等數(shù)值，并與標(biāo)桿車型測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若結(jié)果相差較大（一般距離誤差≤3mm，角度誤差≤1.5°），則應(yīng)調(diào)整相關(guān)零部件硬點(diǎn)參數(shù)，直到對比結(jié)果合理為止。從模型中讀取各硬點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，輸入到ADAMS軟件（或者直接采用CATIA軟件中的DMU模塊）中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，輸出車輪定位參數(shù)與懸架運(yùn)動(dòng)變化關(guān)系曲線。

判斷硬點(diǎn)布置合理性主要依據(jù)兩個(gè)方面：一是車輪定位參數(shù)變化曲線趨勢正確;二是在懸架±50mm跳動(dòng)行程時(shí)，各參數(shù)變化在合理變化范圍內(nèi)，具體參數(shù)變化要求參見相關(guān)汽車設(shè)計(jì)手冊。若同時(shí)符合上述兩個(gè)條件，則懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)尺寸最終確定，反之則重復(fù)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

4 總結(jié)

本文詳細(xì)闡述了汽車懸架系統(tǒng)零部件硬點(diǎn)初步確定方法、設(shè)計(jì)調(diào)整過程及合理性判斷。按照此方法，利用高精度測量設(shè)備獲取原始數(shù)據(jù)，再采用ADAMS、CATIA等軟件進(jìn)行DMU運(yùn)動(dòng)分析，制定出布置合理的硬點(diǎn)數(shù)據(jù)，為超越標(biāo)桿車型底盤性能提供重要設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)減小了懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)成本，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

對其開發(fā)、分析過程，總結(jié)如下：

①各零部件初次進(jìn)行硬點(diǎn)定義時(shí)，定義硬點(diǎn)與原始提取數(shù)據(jù)盡量一致;②對于左右對稱零部件，定義硬點(diǎn)應(yīng)取左、右件平均值;③硬點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)保持編輯狀態(tài)，以方便后期數(shù)據(jù)調(diào)整、優(yōu)化;④懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)最終確定后，再進(jìn)行零部件三維數(shù)據(jù)逆向，以避免因硬點(diǎn)數(shù)據(jù)調(diào)整而造成三維數(shù)據(jù)反復(fù)修改;⑤在測量分析過程中，各彈性元件（如：擺臂橡膠襯套）性能尤為重要，初期運(yùn)動(dòng)分析時(shí)可以將其作為剛性元件處理，當(dāng)獲取彈性元件性能參數(shù)后，應(yīng)對懸架系統(tǒng)硬點(diǎn)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行深入優(yōu)化、分析，直到優(yōu)化結(jié)果滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]汽車工程手冊 設(shè)計(jì)篇[M].人民交通出版社，2001年5月第1版.