乘用車模塊化車輛動力學開發(fā)過程研究

翟美穎 郝文權

（1.中國第一汽車股份有限公司 研發(fā)總院，長春130013；2.汽車振動噪聲與安全控制綜合技術國家重點實驗室，長春130013）

主題詞：模塊化 平臺化 動力學 平臺策略 低成本

1 引言

乘用車模塊化開發(fā)目的是為了一次投入就能衍生出多款車型，這樣不但可以節(jié)省研發(fā)成本而且還可以縮短研發(fā)周期，同時平臺化、模塊化開發(fā)對產(chǎn)品的繼承性與積累性意義重大。對于創(chuàng)新技術能力還有待加強的中國汽車企業(yè)，只做車型而不規(guī)劃平臺的做法太過目光短淺，做精、做好一到兩個平臺應是必然選擇。當前汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代和技術進步的速度越來越快，用一款一款車型去追趕，企業(yè)的研發(fā)之路肯定會越走越難，而平臺化、模塊化開發(fā)可以立足現(xiàn)在、著眼未來，既能解決近憂、又能兼顧遠慮，是關注眼前產(chǎn)品與后續(xù)產(chǎn)品性能持續(xù)提升的一種有效平衡。因此，中國汽車企業(yè)必須積極行動起來，未雨綢繆，前瞻規(guī)劃好自己的產(chǎn)品平臺體系。

2 模塊化與平臺化定義

要研究平臺化、模塊化車輛在動力學性能開發(fā)時會帶來哪些問題，先要了解模塊化與平臺化的定義，以使得更加深刻地認識它們。

（1）平臺：在汽車制造業(yè)中，指的是由若干通用部件組合而成的一種載體，在這一載體上開發(fā)出的不同產(chǎn)品會使用這些通用部件。

（2）模塊：在汽車制造業(yè)中，指的是基于平臺原理，從整車結構角度拆分出的、具有某種特定結構和功能的通用部件的組合[1]。可以說模塊、總成、系統(tǒng)這3個概念有相近之處，但模塊更強調(diào)獨立性、繼承性和通用性。在本文的定義體系下，模塊是整車產(chǎn)品中高于系統(tǒng)和總成的特定零部件組合。

3 模塊化車輛系統(tǒng)動力學開發(fā)

3.1 懸架結構型式

本論文中模塊系列使用的前懸架結構型式為麥弗遜式，后懸架使用E型多連桿結構型式。

麥弗遜懸架具有結構簡單、占用空間小、非簧載質(zhì)量小、響應較快、制造成本低、發(fā)動機及轉向系易于布置、能與多種彈簧相匹配及能實現(xiàn)車身高度自動調(diào)節(jié)等優(yōu)點。現(xiàn)在很多懸架都是以麥弗遜懸架為基礎，在結構上對其進行優(yōu)化，既保留不錯的舒適性、結構緊湊等優(yōu)勢，又顯著地提升了車輛的操控性能。麥弗遜懸架可以在轎車、SUV和MPV多種車型上運用。在較好的設計與調(diào)教的情況下，麥弗遜懸架并不比其它類型的懸架差。

E型多連桿懸架型式具備很多優(yōu)點，如：在收縮時能自動調(diào)整外傾角、前束角以及使后輪獲得一定的轉向角度。通過對連接運動點的約束角度設計使得懸架在壓縮時能主動調(diào)整車輪定位，能完全針對車型做匹配和調(diào)校以最大限度地發(fā)揮輪胎抓地力,從而提高整車的操控極限。

這2 種結構型式比較適用于模塊化車輛，其多變性與通用性滿足了模塊化車輛的需求。

3.2 平臺策略

一般來講，車輛平臺變化是受輪心上下跳、輪距加寬、軸距加長因素影響如圖1。以某款研發(fā)模塊化車輛為例，此模塊分為A1、A2和B三個平臺車型，見圖2。

每個平臺有基礎車型，A1平臺基礎車型是A-三廂，A2平臺基礎車型是A-SUV，B平臺目前只有一款開發(fā)車型B-三廂。平臺下其他各個車型的變化策略見圖3。

圖2 某研發(fā)模塊車型平臺劃分

通過圖3，可以清晰的了解到各車型與各平臺之間的基礎車型的衍生關系。

表1列出了此次系統(tǒng)動力學分析的主要車型的基本信息。

3.3 優(yōu)化分析

（1）目標設定過程重點關注參數(shù)

從上述平臺策略可以看出多數(shù)車型是由基礎車型輪心上下跳及輪距加寬演變而來，因此在目標設定階段要重點關注由于輪心上下跳及輪距加寬引起的參數(shù)變化。因此把側傾中心高（圖4）、平行輪跳輪距變化率、平行輪跳外傾變化梯度這3個參數(shù)作為系統(tǒng)動力學開發(fā)過程中重點關注參數(shù)。

圖3 某研發(fā)模塊車型平臺策略

表1 各車型基本參數(shù)

圖4 側傾中心高示意

（2）KC仿真分析結果

對A+三廂、B三廂、A-SUV、AMPV、A-三廂這5個車型進行前、后懸架KC分析，結果見表2。

通過以上結果可以看出，A+三廂、B-三廂、A-三廂這3個車型前懸架側傾中心高偏低，且各個車型輪距變化較大。

（3）靈敏度分析

在優(yōu)化前，對前后懸架側傾中心高、輪距變化、外傾梯度這3個參數(shù)做敏感度分析，看看哪些硬點位置對這幾個參數(shù)的敏感度較高。

表2 前后懸架分析結果

首先辨識出前后懸架敏感較高的硬點坐標如表3[2]。

表3 前后懸架敏感位置列表

經(jīng)過優(yōu)化分析，前懸架敏感度分析結果如圖5。

圖5 前懸架側傾中心高、輪距變化梯度敏感度分析

后懸架敏感度分析結果，如圖6。

從以上前后懸架敏感度分析結果可以看出，關鍵硬點位置對側傾中心高與輪距變化這2個參數(shù)影響相互矛盾，因此在優(yōu)化過程中無法滿足2個參數(shù)同時達到目標。

圖6 后懸架側傾中心高、輪距變化梯度、外傾梯度敏感度分析

（4）優(yōu)化方案及優(yōu)化結果

結合前后懸架KC 分析結果與敏感度分析結果，提出以下優(yōu)化意見：

（1）將車輛的側傾中心高優(yōu)化，最低值不能低于20 mm。

（2）保證后懸架外傾角變化梯度大于前懸架變化梯度。

根據(jù)以上優(yōu)化意見前后懸架優(yōu)化后結果如表4，前懸架側傾中心高均大于20 mm，且后懸架外傾梯度大于前懸架外傾梯度。

表4 前后懸架優(yōu)化結果

4 結論

文章論述了模塊化車輛的平臺劃分及平臺策略，闡述了此平臺策略可能在系統(tǒng)動力學分析時可能帶來的問題，以實際設計車輛的系統(tǒng)動力學分析結果，重點講解了此模塊化下各個車型的優(yōu)化過程。

各車企在開發(fā)平臺化、模塊化車輛的過程中，需根據(jù)車輛定位、受眾群體制定不同的動力學目標，動力學目標不同，車輛開發(fā)過程中的側重點則不同。

目前，國內(nèi)自主車企的平臺開發(fā)及模塊開發(fā)都還處于起步階段，模塊化動力學分析及優(yōu)化過程內(nèi)容可參考的資料較少，文章涉及的模塊化車輛的系統(tǒng)動力學開發(fā)過程對后續(xù)此類問題的開發(fā)能夠起到指導作用。