孫福祿，隋延奇，吳成偉

單體車懸架性能設(shè)計(jì)研究

孫福祿1，隋延奇2，吳成偉1

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336；2.浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 311228）

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們越來越關(guān)注車輛的輕便性、實(shí)用性，從而產(chǎn)生了單體車的概念。文章基于單體車的設(shè)計(jì)理念，對單體車的底盤進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要對懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化進(jìn)行闡述。基于初始設(shè)定的懸架結(jié)構(gòu)和參數(shù)，利用ADAMS/CAR模塊建立懸架模型，對初始的懸架結(jié)構(gòu)和硬點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化分析。通過仿真分析，明確優(yōu)化的參數(shù)，主要通過優(yōu)化性能件參數(shù)以及硬點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。對仿真優(yōu)化后的方案，建立CARSIM模型，對整車性能進(jìn)行仿真分析，分析查看整車的性能，最終形成單體車的最優(yōu)方案。同時(shí)，在分析過程中，總結(jié)分析優(yōu)化方法，為后續(xù)分析提供實(shí)例基礎(chǔ)。

單體車；硬點(diǎn)；K&C性能；仿真分析

1 單體車設(shè)計(jì)理念

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，家庭用車的普及，出現(xiàn)了城市污染、交通擁堵、停車位一位難求等現(xiàn)象。單體車以其小巧的外形，輕便的出行方式，節(jié)能減排式的電動(dòng)車方式應(yīng)運(yùn)而生。單體車車體小（具體尺寸見表1），不懼交通擁堵，可自由穿行；同時(shí)可進(jìn)出電梯、房間，停放在客廳、廚房等各處，在家中或其他各處隨時(shí)隨地進(jìn)行充電，方便快捷。

單體車設(shè)計(jì)本著安全第一的設(shè)計(jì)原則，通過后輪距的自由調(diào)節(jié)，來保證車輛行駛穩(wěn)定性及行車安全。整車主體采用碳纖維、鋁鎂合金等實(shí)現(xiàn)輕量化。單體車及時(shí)尚外形和時(shí)尚科技于一體，前部儀表采用可移動(dòng)觸控屏幕，可上網(wǎng)、視頻、通訊等，方向盤考慮立體式，集成更多功能。內(nèi)飾方面，實(shí)用舒適，采用豪華內(nèi)飾，舒適性佳。人機(jī)方面SUV坐姿，肘部以上空間充裕。

采用半導(dǎo)體式空調(diào)，節(jié)能高效。整車無高速路況，底盤結(jié)構(gòu)簡單，尤其懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，座椅可布置在車身上。車高折疊，車身可在高度上收縮，進(jìn)而降低車高，方便進(jìn)出電梯及家庭。隔音降噪方面，采用哈曼音響系統(tǒng)的噪聲抑制/衰減系統(tǒng)，減少隔音棉的使用。

2 單體車懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 單體車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)單體車的設(shè)計(jì)理念和定義，單體車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求簡單，在保證操穩(wěn)性能的同時(shí)，要有一定的舒適性。在安全第一的設(shè)計(jì)原則下，保證整車穩(wěn)定性使后懸架為輪距可調(diào)試式。在此，單體車的前懸架為雙叉臂，后懸架為改型多連桿。

表1 單體車基本參數(shù)

圖2 后懸架ADAMS模型

單體車整車基本參數(shù)如表1所示。根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)形式提取各硬點(diǎn)參數(shù)。由前后懸架硬點(diǎn)、襯套、彈簧等性能件參數(shù)建立ADAMS模型[1]，具體如圖1-2所示。

2.2 單體車結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化

對已有單體車前、后懸架模型進(jìn)行K&C性能仿真分析，具體K&C性能參數(shù)見表2、表3。

通過分析可知，前懸架K&C參數(shù)中前束、外傾變化需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)具體見表2中方案一參數(shù)。

原始硬點(diǎn)中側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)為53.72%，偏大；優(yōu)化后方案一中為11.95，合理。

原始版硬點(diǎn)中前束隨輪跳的變化率為-0.106，變化率稍有偏大，變化趨勢為toe out，設(shè)計(jì)合理；優(yōu)化后方案一中前束隨輪跳變化率-0.0029，變化趨勢為 toe out，設(shè)計(jì)合理可接受。

原始版硬點(diǎn)外傾隨輪跳的變化率為-0.115，變化趨勢為up in，設(shè)計(jì)合理；上跳40mm后外傾隨輪跳變化率-0.16，變化趨勢為up in，設(shè)計(jì)合理可接受。

原始版硬點(diǎn)前束隨側(cè)向力的變化率為-1.19E-4deg/N,變化趨勢為toe out，設(shè)計(jì)合理；上跳40mm后前束隨側(cè)向力的變化率為-1.85E-4deg/N，變化趨勢為toe out，設(shè)計(jì)合理可接受。

表2 前懸架K&C性能優(yōu)化前后

后懸架在設(shè)計(jì)過程中為方便生產(chǎn)制造，將原始方案的懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，同時(shí)由于后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的布置需求，將擺臂單邊縮短了60mm，得到方案一。通過對方案一的分析，為了獲得更好的性能，對后懸硬點(diǎn)做了調(diào)整，主要為后懸架上擺臂內(nèi)點(diǎn)加長50mm，優(yōu)化得到方案二，方案一和方案二的具體K&C性能見表3。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，后懸架方案二K&C特性結(jié)果優(yōu)于原始方案和方案一，建議采用方案二硬點(diǎn)做后續(xù)分析。

表3 后懸架K&C性能優(yōu)化前后

圖3和表4為后懸架方案二的懸架剛度曲線及曲線點(diǎn)分析。通過圖3可以看出懸架剛度曲線平滑，在緩沖塊接觸點(diǎn)并無突出拐點(diǎn)。表4數(shù)據(jù)為圖3的詳細(xì)說明。

表4 后懸架剛度曲線點(diǎn)分析

3 整車性能分析

根據(jù)前后懸架ADAMS模型，輸出性能參數(shù)建立單體車CARSIM模型（如圖4所示）。

圖4 單體車CARSIM模型

對單體車進(jìn)行整車角階躍、角脈沖、雙移線性能仿真分析，具體對比分析結(jié)果[2-3]見表5。方案二中車輛的穩(wěn)定性較方案一稍差，瞬時(shí)轉(zhuǎn)向時(shí)，側(cè)傾較大。整車性能整體差強(qiáng)人意，瞬時(shí)小幅轉(zhuǎn)向性能可接受，如角脈沖、角階躍等。

對于單體車最高車速55km/h可接受，建議常用車速低于50km/h。實(shí)車中需降低該車的質(zhì)心位置，建議小于300mm，否則轉(zhuǎn)彎或變道中有翻車風(fēng)險(xiǎn)[4]。

表5 整車性能分析

4 結(jié)論

為解決城市污染、交通擁堵、停車位緊張等現(xiàn)象應(yīng)運(yùn)而生的體積小、不懼擁堵、自由穿行的單體車，構(gòu)思輕巧，富于創(chuàng)新。

該車型中懸架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)處于嘗試階段，性能分析供參考使用。初步采用本文中前懸架方案一結(jié)構(gòu)和后懸架方案二結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)車試制。建議對試制后實(shí)車進(jìn)行性能試驗(yàn)驗(yàn)證，后續(xù)對各性能指標(biāo)進(jìn)行修訂完善。

[1] 陳立平,張?jiān)魄?任衛(wèi)群,等.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[2] Carsim Help, Carsim Quick start Guide [Z], 2008.

[3] 郭孔輝.汽車操縱動(dòng)力學(xué)[M].吉林:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1991.

[4] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989.

Design on Suspension Performance of the Single Car

Sun Fulu1, Sui Yanqi2, Wu Chengwei1

2.Zhejiang Geely New Energy Commercial Vehicle Group Co. Ltd. Zhejiang Hangzhou 311228 )

With the continuous development of the automotive industry, people are increasingly concerned about the vehicle's lightweight, practical, resulting in the concept of a single car. Based on the design concept of the single car, single car chassis design optimization, elaborate design optimization of structural design and performance of the suspension system.ADAMS/CAR models based on the structure and parameters of the initial setup of the suspension, the establishment of the suspension model to optimize the design of the structure of the initial suspension and hard point parameters. Clear parameters to be optimized by simulation analysis, optimization of parameters by optimizing the parameters and the hard point of performance pieces to achieve. Vehicle performance optimized hard establish CARSIM model, simulation analysis, analysis view vehicle performance, and ultimately the optimal solution of a single car. And in the analysis process, the formation of effective optimization methods, and provide examples of the basis for the subsequent analysis.

Single car; Hard point; K&C performance; Simulation analysis

U463.33

A

1671-7988(2019)24-124-03

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.040

孫福祿，就職于浙江吉利汽車研究院有限公司。