基于某MPV的懸架調(diào)校及仿真驗(yàn)證研究

紀(jì)秀業(yè)，丁洋，侯獻(xiàn)曉

（東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430058）

1 前言

汽車行駛動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)的匹配是一個(gè)創(chuàng)造性的過程，直至今天，車輛的底盤行駛性能的匹配調(diào)校主要依賴主觀評(píng)價(jià)來完成，通過客觀測試或虛擬計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證[1-2]。

目前車輛底盤的調(diào)校手段主要有兩種，分別為CAE虛擬調(diào)校法和實(shí)車調(diào)校法。其中，CAE虛擬計(jì)算法具有高效低成本的優(yōu)點(diǎn)，在虛擬模型精準(zhǔn)建模的基礎(chǔ)上成為調(diào)校的必經(jīng)之路，實(shí)車調(diào)校法為一直以來依賴較多的主要調(diào)校方式。國外貝爾恩德·海森英等在文獻(xiàn)[1]中對(duì)行駛性能主觀評(píng)價(jià)做了詳細(xì)講解，國內(nèi)針對(duì)車輛懸架調(diào)校以及驗(yàn)證的文獻(xiàn)較少且無法量化調(diào)校結(jié)果，本文正是探討了基于主觀評(píng)價(jià)手段進(jìn)行的底盤調(diào)校匹配，并通過虛擬仿真定性的量化了主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)車輛的懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供必要的工程參考[2-3]。

2 調(diào)校必要性

某 MPV的前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架為五連桿非獨(dú)立懸架，通過主觀評(píng)價(jià)，以目標(biāo)車輛為基準(zhǔn)，每組 4人分別進(jìn)行駕駛，用統(tǒng)計(jì)的方法最終得出評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖 1所示。

圖1 車輛調(diào)校前操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

由評(píng)價(jià)結(jié)果可知，某車型的操縱穩(wěn)定性距離目標(biāo)車輛差距較大，需要在原車基礎(chǔ)上進(jìn)行底盤調(diào)校，選取車輛的穩(wěn)定性、側(cè)傾控制性能展開集中調(diào)校，并經(jīng)過調(diào)校來匹配動(dòng)態(tài)性能的平衡，從而提高整車的性能品質(zhì)。

3 底盤調(diào)校

3.1 底盤調(diào)校流程和計(jì)算

國內(nèi)各主機(jī)廠底盤調(diào)校流程大同小異，該車型的調(diào)校流程如圖2所示。

圖2 底盤調(diào)校流程示意圖

以目標(biāo)車輛主觀評(píng)價(jià)打分結(jié)果，并對(duì)目標(biāo)車輛做出底盤性能客觀測試數(shù)值后，參考目標(biāo)車并設(shè)定該 MPV底盤性能關(guān)鍵項(xiàng)目標(biāo)帶寬如下表1所示。

表1 整車匹配設(shè)計(jì)目標(biāo)數(shù)值帶寬

根據(jù)原車輛設(shè)計(jì)軸荷，車輛 K&C試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到輪胎垂向剛度、懸架乘適剛度，可計(jì)算出車輛的前后懸架偏頻，根據(jù)公式（1）：

式中：Kφ為懸架側(cè)傾角剛度；M為懸架抗側(cè)傾恢復(fù)力矩；φ為車身側(cè)傾角；Kw為懸架線剛度；B為輪距。

根據(jù)車輛性能定位及車輛基礎(chǔ)參數(shù)，前、后懸架偏頻fn及角剛度Kφ需滿足公式（2）（3）：

根據(jù)對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算，借助相應(yīng)軟件Adams/car軟件，可適配調(diào)校車輛前后彈簧等基礎(chǔ)參數(shù)，針對(duì)圖1的基礎(chǔ)車主觀評(píng)價(jià)結(jié)果以及公式（2）（3）定義約束，制定初步調(diào)校方案后，經(jīng)過多輪調(diào)試，得出重點(diǎn)數(shù)值變化點(diǎn)及最終調(diào)校值參數(shù)如表2、3所示[5-7]。

表2 某MPV前懸架初步調(diào)校方案參數(shù)明細(xì)

表3 某MPV后懸架初步調(diào)校方案參數(shù)明細(xì)

3.2 車輛虛擬樣機(jī)仿真驗(yàn)證

因主觀評(píng)價(jià)量化的局限性，將調(diào)校前某車型進(jìn)行Adams/car整車動(dòng)力學(xué)建模，模型建成后將調(diào)校前車輛的客觀測試數(shù)據(jù)與仿真模型標(biāo)定，保證虛擬建模的準(zhǔn)確性，后續(xù)調(diào)整對(duì)應(yīng)的最終調(diào)校參數(shù)，對(duì)調(diào)校過程方向進(jìn)行定性驗(yàn)證[6]。

3.2.1 車輛操縱穩(wěn)定性仿真分析驗(yàn)證

根據(jù)《GB/T 6323-2014 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)進(jìn)行整車調(diào)校前后性能仿真對(duì)比，載荷為兩人載荷狀態(tài)，對(duì)比結(jié)果如下[10]。

圖3 前后側(cè)偏角之差仿真曲線

圖4 整車側(cè)傾增益仿真曲線

表4 某車型穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)仿真分析數(shù)據(jù)

圖5 整車幅頻特性仿真曲線

圖6 整車相頻特性仿真曲線

表5 某車型轉(zhuǎn)向角脈沖試驗(yàn)仿真分析數(shù)據(jù)

仿真結(jié)果表明，該車輛在調(diào)校后不足轉(zhuǎn)向度、共振峰頻率都有相應(yīng)提高，車輛側(cè)傾角及相位滯后角有所降低，表明該車輛在調(diào)校后穩(wěn)定性有對(duì)應(yīng)提高，車輛響應(yīng)有所提高。

通過以上調(diào)校計(jì)算及計(jì)算機(jī)虛擬仿真可知，調(diào)校參數(shù)建模下的仿真結(jié)果滿足表1目標(biāo)指定帶寬值。

4 車輛調(diào)校結(jié)果驗(yàn)證

在完成調(diào)校分析計(jì)算以及調(diào)校方案準(zhǔn)備之后，對(duì)車輛進(jìn)行設(shè)計(jì)狀態(tài)核查，核查內(nèi)容包含：前后軸荷、零部件連接、輪胎胎壓、四輪定位參數(shù)、整車及懸架姿態(tài)等。所選評(píng)價(jià)路面為車輛試驗(yàn)場以及場外路面。試驗(yàn)場內(nèi)路面包含長直線性能道和評(píng)價(jià)組合路面，包括碎石路、鵝卵石路、長波路面等。場外路面有接縫路面、坑洼路面、不同等級(jí)國道路面以及單、雙減速帶沖擊路面等。按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義目標(biāo)完成不同路面下對(duì)應(yīng)工況的主觀評(píng)價(jià)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行記錄[8-9]。

針對(duì)某車型調(diào)校前后的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如圖7所示。

整車評(píng)價(jià)結(jié)果表明，經(jīng)過多輪次懸架調(diào)校，該車輛在操縱穩(wěn)定性方面得到了提高和完善，能夠達(dá)到目標(biāo)車輛的性能目標(biāo)，說明了調(diào)校方向的正確性。

圖7 調(diào)校后車輛操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

5 結(jié)論

（1）本文利用主觀評(píng)價(jià)手段完成了某MPV的底盤調(diào)校與匹配，對(duì)車輛的底盤性能調(diào)校內(nèi)容以及流程做了詳細(xì)的介紹，為車輛的底盤調(diào)校方式提供了一種參考——虛擬調(diào)校法，具有很實(shí)際的工程意義。

（2）運(yùn)用ADAMS/Car軟件對(duì)調(diào)校的定性結(jié)果實(shí)現(xiàn)了虛擬量化驗(yàn)證，驗(yàn)證了虛擬調(diào)校與實(shí)車調(diào)校方向的正確性。

（3）因篇幅限制，后續(xù)對(duì)該調(diào)校車輛需進(jìn)行懸架K&C試驗(yàn)測試、整車轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、操穩(wěn)舒適性進(jìn)行嚴(yán)格客觀測試驗(yàn)證，以便彌補(bǔ)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的不足之處。