某越野車整車姿態(tài)參數(shù)化設(shè)計(jì)

韓偉

摘 要：整車姿態(tài)設(shè)計(jì)是越野車輛整車總布置設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作，它涉及到重量控制、造型、整車視野、懸架行程與剛度、操縱穩(wěn)定性及通過性等諸多要素。本文在某4×4越野車整車姿態(tài)設(shè)計(jì)過程中，基于Excel表格與CATIA軟件，應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，分析了雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)剛度與地面線設(shè)計(jì)過程。該方法可以推廣應(yīng)用于同類型越野車整車姿態(tài)的設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì)；越野車；整車姿態(tài)；懸架剛度

中圖分類號(hào)：U462.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018）04-0025-04

Abstract： The complete vehicle attitude design is an important work in the overall layout design of the off-road vehicle， which involves many factors such as weight control， modeling， vehicle vision， suspension stroke and stiffness， handling and control stability and passing ability. In the process of attitude design of a 4×4 off-road vehicle， this paper analyzed the design process of the double wishbone independent suspension system stiffness and the ground line， using the application of parametric design based on Excel and CATIA software. This kind of method can be used to promote the complete vehicle attitude design of other off-road vehicles on the same platform.

Key Words： parametric design； off-road vehicle； the complete vehicle attitude； suspension stiffness

1 引言

在越野車輛整車總布置設(shè)計(jì)中，整車姿態(tài)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要工作。

整車姿態(tài)是車輛的重要參數(shù)，涉及到重量控制、造型、整車視野、懸架行程與剛度、操縱穩(wěn)定性及通過性等諸多要素。姿態(tài)的控制主要體現(xiàn)在地面線的設(shè)定上，為使整車姿態(tài)能夠滿足各方面要求，需要在整車概念設(shè)計(jì)階段就要確定地面線。由于地面線的變化主要通過對(duì)懸架系統(tǒng)安裝位置和剛度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)的過程中，首先根據(jù)整車初始姿態(tài)確定前后懸架硬點(diǎn)的初始相對(duì)位置坐標(biāo)，對(duì)于輕型越野車，整車初始姿態(tài)角一般確定為0.5°～0.8°。搭載雙橫臂獨(dú)立懸架的越野車輛，整車初始姿態(tài)一般由前后懸架硬點(diǎn)的Z向差值來(lái)確定，在確定整車初始姿態(tài)后，再通過懸架的剛度參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)整車空載、滿載姿態(tài)，以滿足整車高度、離地間隙等各方面的要求。懸架剛度參數(shù)的設(shè)定需要在保證乘坐舒適性的基礎(chǔ)上，不斷地優(yōu)化直至滿足為止。因此整車姿態(tài)的設(shè)計(jì)過程主要是前后懸架剛度參數(shù)的設(shè)定過程。

引入?yún)?shù)化概念，可以在更改布置方案時(shí)，僅通過更改相應(yīng)的參數(shù)，驅(qū)動(dòng)軟件自動(dòng)更新模型，可有效提高校核工作的質(zhì)量與效率。

參數(shù)化設(shè)計(jì)指以參數(shù)約束模型為核心，以尺寸驅(qū)動(dòng)為特征，通過修改基礎(chǔ)模型的某些零件參數(shù)，CATIA軟件自動(dòng)完成對(duì)模型的重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以將隱式的設(shè)計(jì)實(shí)踐轉(zhuǎn)化為嵌入整個(gè)設(shè)計(jì)過程的顯式知識(shí)，極大地改善了模型的修改重構(gòu)手段，提高了設(shè)計(jì)的柔性。

本文基于CATIA軟件和EXCEL表格，應(yīng)用參數(shù)化方法，有效解決了某平臺(tái)下一款4×4越野車型整車姿態(tài)設(shè)計(jì)問題。

2 整車姿態(tài)定義

整車姿態(tài)定義主要體現(xiàn)在地面線的設(shè)定。對(duì)于越野車，通常假設(shè)車架縱梁上平面為參考基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)狀態(tài)作為初始姿態(tài)，在得到輪心坐標(biāo)、輪胎型號(hào)、一定載荷下的輪胎半徑、懸架剛度、各狀態(tài)下軸荷與輪荷后，便可完成地面線繪制，整車姿態(tài)角也隨即確定。

各狀態(tài)下的軸荷、輪荷由整車重量管控對(duì)各系統(tǒng)的重量分配得到，設(shè)計(jì)狀態(tài)的輪心坐標(biāo)、輪胎選型、懸架選型參考同平臺(tái)車型或者競(jìng)品車型。下面主要分析懸架剛度及各狀態(tài)下輪心坐標(biāo)的確定。

2.1 懸架剛度的參數(shù)關(guān)系

本文所研究的車型采用前后雙橫臂獨(dú)立懸架，前懸架帶橫向穩(wěn)定桿，后懸架帶推力桿（如圖1所示）。懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要綜合考慮設(shè)計(jì)狀態(tài)輪心坐標(biāo)、整車高度、最小離地間隙、硬點(diǎn)布置、側(cè)傾角剛度、上下輪跳、四輪定位參數(shù)、K&C;特性、整車操縱穩(wěn)定性、整車NVH、通過性、零部件通用化等。

3 基于CATIA參數(shù)化模型建立

根據(jù)公式（1）～（16），通過EXCEL表格建立懸架系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算表，可以得到螺旋彈簧剛度、懸架系統(tǒng)剛度、懸架系統(tǒng)偏頻等參數(shù)，其它參數(shù)（例如，減振器、橫向穩(wěn)定桿、推力桿、懸架系統(tǒng)角剛度、側(cè)傾中心高度等等）的計(jì)算，限于篇幅，本文不再贅述。各質(zhì)量狀態(tài)下整車姿態(tài)確定需要的參數(shù)可根據(jù)設(shè)計(jì)輸入、各系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)結(jié)果得到。在完成參數(shù)表后，應(yīng)用CATIA軟件，在零部件設(shè)計(jì)模塊里，用Formula（f（x））命令導(dǎo)入這些參數(shù)。在建立參數(shù)化模型時(shí)，各硬點(diǎn)的約束尺寸都可以通過CATIA軟件的公式編輯功能建立與已導(dǎo)入?yún)?shù)的關(guān)系。這樣在調(diào)整方案時(shí)，就可以通過修改參數(shù)值，達(dá)到更改模型的目的。

通過以上設(shè)計(jì)并經(jīng)過幾次迭代，并對(duì)各狀態(tài)下的姿態(tài)復(fù)核，校核各狀態(tài)下最小離地間隙、整車高度、傳動(dòng)角范圍、輪胎包絡(luò)以及整車操縱穩(wěn)定性、整車NVH等等，最終得到該越野車整車姿態(tài)參數(shù)如表1所示。

4 結(jié)論

在同一車型開發(fā)過程中，受到各種約束條件的限制，最小離地間隙，懸架行程，輪胎包絡(luò)間隙，傳動(dòng)角范圍，通過性，零部件通用化，以及基于底盤調(diào)校等，都需要對(duì)地面線進(jìn)行微調(diào)和修正。另外對(duì)于同平臺(tái)其它變形車，因軸荷、軸距等參數(shù)變化，也需要對(duì)地面線進(jìn)行調(diào)整。本文結(jié)合我公司開發(fā)的一款越野車的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了一種基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的整車姿態(tài)設(shè)計(jì)方法，可以很容易推廣到其它同類越野車型，具有一定的設(shè)計(jì)參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新，李衡輝.某車型整車姿態(tài)分析[J].汽車科技，2009（3）.

[2]羅文水，凌紅芳，王師等.乘用車整車姿態(tài)設(shè)定及控制方法研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014（8）：116-121.

[3]程康，宋發(fā)寶等.乘用車整車設(shè)計(jì)與達(dá)成研究.2015中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集：2087-2089

[4]劉惟信.汽車設(shè)計(jì).清華出版社，2001.

[5]劉巧伶.理論力學(xué).吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[6]王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.