摘 要：過(guò)去國(guó)內(nèi)更多是在車輛動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程中進(jìn)行懸架偏頻計(jì)算，實(shí)現(xiàn)在實(shí)車調(diào)校初步確定懸架偏頻及范圍。隨著消費(fèi)者對(duì)車輛性能要求日益提高，近幾年國(guó)內(nèi)車企對(duì)底盤調(diào)校也提出了更高的要求，尤其是乘坐舒適性表現(xiàn)。文章以某新能源品牌SUV車型底盤調(diào)校為例，講述懸架偏頻計(jì)算在實(shí)車底盤調(diào)校中的應(yīng)用，以提高調(diào)校工作的效率和結(jié)果質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：懸架偏頻 乘坐舒適性 底盤調(diào)校 新能源汽車

1 緒論

隨著消費(fèi)水平日益提高，近幾年國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)發(fā)展迅速，越來(lái)越多的消費(fèi)者開始關(guān)注車輛底盤性能表現(xiàn)，這就對(duì)底盤調(diào)校工作提出了更高的要求。過(guò)去國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)和消費(fèi)者更多關(guān)注的是車輛的質(zhì)量以及可靠性，但現(xiàn)在尤其是隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車品牌的迅速崛起，中高端車型市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，底盤性能表現(xiàn)也成為各大車企比拼的焦點(diǎn)。

懸架偏頻在很大程度上影響到車輛乘坐舒適性表現(xiàn)，尤其是一階舒適性方面的俯仰平衡、跳動(dòng)行程和速率等。二階舒適性和沖擊的柔和感也會(huì)受到懸架偏頻的影響。在操穩(wěn)方面，懸架偏頻在一定程度上影響整車的加速/制動(dòng)俯仰角梯度、不足轉(zhuǎn)向度和側(cè)傾梯度等。

過(guò)去懸架偏頻計(jì)算更多的是車輛動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程中應(yīng)用，以初步確定懸架偏頻及范圍。文章以某新能源品牌SUV車型底盤調(diào)校為例，講述懸架偏頻計(jì)算在實(shí)車調(diào)校中的應(yīng)用，將仿真分析虛擬匹配與實(shí)車匹配相結(jié)合，為實(shí)車底盤調(diào)校工作指導(dǎo)方向以提高調(diào)校效率和結(jié)果質(zhì)量。

2 懸架偏頻原理

在汽車行駛過(guò)程中由于路面不平的肌理會(huì)導(dǎo)致車輛產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)環(huán)境是人們判斷車輛設(shè)計(jì)和制造“品質(zhì)”較重要的標(biāo)準(zhǔn)之一，對(duì)振動(dòng)環(huán)境的判斷主要根據(jù)人的主觀感覺(jué)，由此出現(xiàn)為了把乘適性作為汽車的一個(gè)性能指標(biāo)而要發(fā)展客觀工程方法的巨大困難[1]。

懸架偏頻是研究乘坐舒適性的一個(gè)重要客觀指標(biāo)，可以把單輪的懸架系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)四分之一車輛模型，如圖1所示。

在懸架和輪胎彈簧上的簧上質(zhì)量能在垂直方向運(yùn)動(dòng)。懸架和輪胎彈簧串聯(lián)等效剛度稱為“乘適剛度”（ride rate）可由下式確定[1]：

無(wú)阻尼時(shí)，車輛各角落（四分之一車輛模型）跳動(dòng)的偏頻可由下列方程式確定：

需要注意的是，上述方程式中計(jì)算的懸架偏頻其實(shí)是考慮了輪胎剛度的懸架乘適偏頻，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用過(guò)程中輪胎作為必不可少的一環(huán)與懸架系統(tǒng)串聯(lián)，用懸架乘適偏頻計(jì)算更貼近實(shí)車應(yīng)用。

3 虛擬仿真懸架偏頻計(jì)算

在底盤性能開發(fā)流程中，實(shí)車調(diào)校前需進(jìn)行虛擬仿真分析優(yōu)化，以提前發(fā)現(xiàn)并規(guī)避車輛性能問(wèn)題。在此階段會(huì)進(jìn)行懸架偏頻計(jì)算和初步匹配，以評(píng)估車輛和發(fā)布實(shí)車調(diào)校樣件清單。

3.1 模型搭建

文章應(yīng)用的案例為某新能源品牌SUV，包含純電和增程兩種車型配置，其底盤硬點(diǎn)、軸距和論據(jù)等參數(shù)相同，整車質(zhì)量和前后軸載荷分布略有不同。該車型設(shè)計(jì)以乘坐舒適性為主，操穩(wěn)需保證安全和消費(fèi)者常用工況的性能表現(xiàn)，前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架采用帶拖曳臂式的多連桿獨(dú)立懸架形式。根據(jù)設(shè)計(jì)輸入的底盤硬點(diǎn)數(shù)據(jù)建立Adams多體模型，如圖2和圖3所示。

3.2 懸架偏頻虛擬匹配

在Adams多體動(dòng)力學(xué)模型搭建完成后，便可開始進(jìn)行Kamp;C和整車操穩(wěn)仿真分析優(yōu)化工作。Kamp;C指標(biāo)在一定程度上可反映該車型乘坐舒適性表現(xiàn)，整車操穩(wěn)指標(biāo)則可在一定程度上反映其操縱穩(wěn)定性和駕駛操控感受。在本階段仿真優(yōu)化過(guò)程中懸架偏頻虛擬匹配是其中的重點(diǎn)，需結(jié)合該車型軸距、輪距、輪胎和質(zhì)量分布等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。該車型部分主要參數(shù)如表1。

具體的仿真分析優(yōu)化過(guò)程文章不進(jìn)行詳細(xì)講解，以純電車型為例，經(jīng)過(guò)多輪優(yōu)化后懸架偏頻及部分主要相關(guān)指標(biāo)如表2。

虛擬仿真優(yōu)化后經(jīng)評(píng)估主要性能指標(biāo)滿足預(yù)期目標(biāo)，鎖定彈簧和穩(wěn)定桿基礎(chǔ)狀態(tài)。

3.3 發(fā)布底盤調(diào)校樣件清單

完成虛擬仿真分析優(yōu)化后，基于鎖定的彈簧和穩(wěn)定桿狀態(tài)，結(jié)合車輛性能摸底結(jié)果和目標(biāo)定位綜合評(píng)估后，發(fā)布底盤調(diào)校樣件清單，并按照清單制作調(diào)校樣件準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)車調(diào)校。同樣以純電車型為例，某新能源純電SUV調(diào)校樣件清單如表3。

需注意的是上表只列出與懸架偏頻計(jì)算強(qiáng)相關(guān)的調(diào)校清單，但在實(shí)際底盤調(diào)校工作中，還應(yīng)包括緩沖塊、襯套、可調(diào)減振器、輪胎和轉(zhuǎn)向等相關(guān)零部件及系統(tǒng)的匹配優(yōu)化工作。在供應(yīng)商提供樣件的同時(shí)應(yīng)提供相應(yīng)的測(cè)試報(bào)告以把控調(diào)校樣件的準(zhǔn)確性。

4 實(shí)車調(diào)校懸架偏頻計(jì)算

調(diào)校樣車裝配完成后便可按計(jì)劃進(jìn)行實(shí)車底盤調(diào)校。由于實(shí)車狀態(tài)與多體動(dòng)力學(xué)模型肯定會(huì)存在差異，因此需首先對(duì)實(shí)車進(jìn)行相關(guān)測(cè)試并對(duì)懸架偏頻計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定校對(duì)。

4.1 樣車基礎(chǔ)狀態(tài)確認(rèn)

首先應(yīng)確認(rèn)樣車彈簧、穩(wěn)定桿、襯套和輪胎等底盤零部件與前期仿真分析鎖定的基礎(chǔ)狀態(tài)一致，有條件的建議全部更換為已知狀態(tài)的調(diào)校樣件。同時(shí)樣車狀態(tài)檢查還應(yīng)包括底盤硬點(diǎn)、軸距、輪距和四輪定位參數(shù)等靜態(tài)參數(shù)確認(rèn)及校準(zhǔn)。

4.2 調(diào)校前Kamp;C測(cè)試

基礎(chǔ)狀態(tài)確認(rèn)無(wú)誤后需對(duì)樣車進(jìn)行調(diào)校前相關(guān)測(cè)試，其中最主要的就是Kamp;C測(cè)試。通過(guò)測(cè)試結(jié)果可評(píng)估樣車的實(shí)際車況，并對(duì)多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)后的懸架偏頻計(jì)算結(jié)果才會(huì)更加準(zhǔn)確，在實(shí)車調(diào)校中的應(yīng)用才會(huì)更有價(jià)值。

該項(xiàng)目使用的是英國(guó)ABD SPMM5000 Kamp;C試驗(yàn)臺(tái)，純電車型部分測(cè)試結(jié)果如表4。

經(jīng)前期樣車狀態(tài)確認(rèn)其底盤零部件狀態(tài)與基礎(chǔ)狀態(tài)一致，前彈簧剛度為35 N/mm，后彈簧剛度為52 N/mm。

4.3 實(shí)車彈簧匹配及偏頻計(jì)算

在檢查確認(rèn)完成車輛的基礎(chǔ)狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)后可開始進(jìn)行彈簧匹配，在此過(guò)程中偏頻計(jì)算將起到重要作用。應(yīng)用Kamp;C測(cè)試結(jié)果和重量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)車基礎(chǔ)狀態(tài)及各調(diào)校方案的前后偏頻計(jì)算結(jié)果如表5。

各方案組合前后偏頻比計(jì)算結(jié)果如表6。

通過(guò)計(jì)算可知，本次可匹配的調(diào)校方案偏頻比范圍為0.83～1.16。

需要注意的是，在計(jì)算實(shí)車偏頻時(shí)需根據(jù)實(shí)車測(cè)量結(jié)果將載荷、簧下質(zhì)量、彈簧實(shí)測(cè)剛度、懸架實(shí)測(cè)剛度等數(shù)據(jù)應(yīng)用至公式中，其結(jié)果才會(huì)盡可能接近實(shí)際車輛狀態(tài)。

接下來(lái)便可參考計(jì)算的偏頻及偏頻比進(jìn)行彈簧匹配，通常此過(guò)程采用主觀評(píng)價(jià)的方式評(píng)估每個(gè)方案的優(yōu)劣。主觀評(píng)價(jià)在舒適性方面應(yīng)關(guān)注前后俯仰平衡、懸架運(yùn)動(dòng)行程、運(yùn)動(dòng)柔和感、沖擊柔和感等表現(xiàn)，在操穩(wěn)方面也應(yīng)關(guān)注不足轉(zhuǎn)向度、前后側(cè)傾平衡、橫擺響應(yīng)等表現(xiàn)，同時(shí)結(jié)合車型的風(fēng)格定位進(jìn)行匹配。

在評(píng)價(jià)的同時(shí)需參考實(shí)車偏頻及偏頻比計(jì)算結(jié)果，以該項(xiàng)目為例，根據(jù)對(duì)標(biāo)同類型車輛和以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，該車型偏頻比的合理范圍一般為1.05～1.15，在匹配時(shí)作為主觀評(píng)價(jià)的指導(dǎo)方案，可明顯提高調(diào)校匹配的效率和準(zhǔn)確性。

具體的調(diào)校匹配過(guò)程文章不作詳細(xì)講解，最終該車型純電選定的前后彈簧方案分別為31 N/mm和55 N/mm，偏頻比為1.11，再結(jié)合后續(xù)穩(wěn)定桿、襯套及減振器等調(diào)校，順利達(dá)成目標(biāo)并通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收。

需注意的是懸架偏頻或偏頻比并沒(méi)有一個(gè)固定的值來(lái)反映車輛的優(yōu)劣，例如該項(xiàng)目的增程車型最終選定的偏頻比就與純電不同。但通常同類型的車輛差別不會(huì)過(guò)大，對(duì)標(biāo)及競(jìng)品車型的偏頻計(jì)算結(jié)果同樣具有重要的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)語(yǔ)

文章以某新能源SUV車型底盤調(diào)校為例，系統(tǒng)地講解了懸架偏頻計(jì)算在實(shí)車調(diào)校中的應(yīng)用，包括懸架偏頻的原理、虛擬仿真懸架偏頻計(jì)算、實(shí)車調(diào)校偏頻計(jì)算等。

總之，懸架偏頻計(jì)算作為一種偏理論性的方法，與實(shí)車調(diào)校和主觀評(píng)價(jià)相結(jié)合，可以起到至關(guān)重要的作用，能大幅提升調(diào)校匹配的效率和準(zhǔn)確性，通常只有主觀評(píng)價(jià)結(jié)果和客觀理論計(jì)算能對(duì)應(yīng)上，其最終的結(jié)果才會(huì)更加準(zhǔn)確。

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