梁阿南,白艷飛,李波,李國紅,齊向陽
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車輛底盤性能是汽車設(shè)計和使用時需要考慮的重要因素。底盤調(diào)校工作與新車的造型設(shè)計一樣,是一個創(chuàng)造性的過程,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)、輪胎及制動等系統(tǒng)。
底盤調(diào)校就是在有限的成本和資源條件下,整合各個子系統(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,通過調(diào)校的手段找到各方面性能的最佳平衡點,以滿足既定的性能開發(fā)目標。
底盤調(diào)校過程如木桶原理(見圖1):沒有經(jīng)過調(diào)校的樣車存在各種各樣的短板,例如:過彎側(cè)傾大、高速發(fā)飄、過坎太硬、剎車點頭大及加速俯仰角大等問題,無法讓用戶滿意。
圖1 木桶原理
針對這些問題,底盤調(diào)校工程師會通過不斷的平衡、優(yōu)化,最終讓車更好開,駕乘更安全、更舒適,這就是底盤調(diào)校的目的和意義。
要達到底盤性能目標需完成三方面的主要工作:前期基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)計性能貢獻占比約為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,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計是底盤性能達標的前提,底盤調(diào)校是性能再拔高的過程,生產(chǎn)一致性控制是底盤性能的最終保障(見圖2)。
圖2 底盤性能目標
前期基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括4個方面:
平臺的選擇至關(guān)重要,不同的平臺決定了不同的底盤性能。例如,前輪驅(qū)動的車輛過彎加油容易推頭,后輪驅(qū)動的車輛雨雪天氣加速容易出現(xiàn)甩尾;后軸荷載比例過大容易造成平衡不足;轉(zhuǎn)向度過小導致車輛穩(wěn)定性降低;質(zhì)心位置過高會造成過彎容易側(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)帶來的特性都將不同,在前期開發(fā)階段要做好充分的對標研究,才能為后期的調(diào)校工作打下堅實的基礎(chǔ)。
汽車造型對車輛操控穩(wěn)定性能的影響可以概括為兩個方面:一是汽車垂向空氣動力學對車輛正壓力(浮力)的影響;二是汽車側(cè)向空氣動力學即對橫風穩(wěn)定性的影響(見圖3)。
圖3 汽車造型
(1)對汽車垂向穩(wěn)定性的影響 有用戶反饋在高速駕駛某些車輛時會有發(fā)飄感,覺得很危險,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大,即正壓力過大。
上浮力要盡可能小,通過擾流板、尾翼、導流槽及側(cè)裙等合理設(shè)計可以改變浮力的大小。
另外,車輛前、后端的上浮力比例關(guān)系也會影響車輛的穩(wěn)定性,一般前后比例盡可能接近1∶1。
(2)對車輛橫向穩(wěn)定性也有影響 車輛高速迎面經(jīng)過大型車或者一股強風從側(cè)面吹過來時,車輛會晃動,不容易控制,有危險感,這個便是車輛橫風穩(wěn)定性不足的表象。
每輛車都有一個固定的風壓中心,其與質(zhì)心的位置決定車輛的橫風穩(wěn)定性。通過前期的側(cè)面造型優(yōu)化設(shè)計,合理設(shè)計風壓中心與質(zhì)心的位置,便可以很好地規(guī)避這個問題。
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給人一種松散感和廉價感,反之,較高的車身剛度會給用戶帶來一種整體感和高級感,在早期的設(shè)計分析時要做好充分對標研究。
隔振過濾能力好、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發(fā)[1]。
先確定底盤總體性能目標,將總體性能目標分解成對各零件的設(shè)計要求。底盤調(diào)校主要涉及懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)及輪胎選型,一般進行兩輪調(diào)校,在進行第一輪調(diào)校之前不要進行K&C試驗和操穩(wěn)試驗?zāi)5总囕v的底盤基本的性能,和調(diào)校性能目標相比較,指明調(diào)校優(yōu)化方向,為后續(xù)調(diào)校準備。
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;襯套起到隔振過濾功能。
穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)剛度對側(cè)傾剛度有直接的影響[2],在實際底盤調(diào)校過程中,通常需要對前后穩(wěn)定桿反復嘗試不同的扭轉(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。每個部件剛度和阻尼的改變會影響到車輛底盤的各項性能,其調(diào)校的結(jié)果會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:偏操控的車需適當犧牲一點平順性;偏舒適的車會適當降低一點操控性能。操控性、穩(wěn)定性、平順性三者之間如何達到一個完美的平衡,是被動式底盤調(diào)校最大的挑戰(zhàn)。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的調(diào)校過程主要是對軟件各部分進行匹配調(diào)校。例如,通過對EPS基礎(chǔ)助力、回正、阻尼以及轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)的匹配調(diào)校,使轉(zhuǎn)向性能達到低速輕便、高速穩(wěn)重的感覺。這里尤其要關(guān)注轉(zhuǎn)向機和電動機摩擦力大小,其對轉(zhuǎn)向的手感會產(chǎn)生較大的影響,所以系統(tǒng)內(nèi)摩擦需控制在一個較低的范圍,才能給用戶一個好的轉(zhuǎn)向手感。
通過基礎(chǔ)制動合理的匹配以及ABS、ESP、TCS軟件系統(tǒng)的進一步匹配調(diào)校,用電子控制系統(tǒng)彌補機械部分的不足,使車輛的操控穩(wěn)定性得到進一步提升。例如,車輛出現(xiàn)側(cè)滑時,ESP會及時工作,避免車輛進一步失控。
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,要做好滾動阻力、干地抓地力、濕地抓地力、雪地抓地力、振動與噪聲等之間性能的平衡。目前通用的方法是根據(jù)主觀評價結(jié)果,對輪胎的結(jié)構(gòu)和配方提出改進建議,再進行新一輪的評價選型。
當今,隨著用戶駕駛技能以及體驗感知的不斷提升,特別是5G技術(shù)的應(yīng)用,對車輛底盤性能的要求也越來越高[3]。汽車是個非常復雜的系統(tǒng),只有各部門各專業(yè)通力、緊密合作,通過科學的基礎(chǔ)設(shè)計,精細的底盤調(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。
底盤調(diào)校是一項復雜的系統(tǒng)工程,車型的定位、零部件特性、整車載荷等因素都會對調(diào)校的風格有影響。隨著底盤電控技術(shù)、底盤調(diào)校技術(shù)的發(fā)展,底盤性能也會滿足越來越多消費者不同的需求。