某輕型客車底盤性能匹配和調(diào)校

張宏亮，劉志敏

某輕型客車底盤性能匹配和調(diào)校

張宏亮1，劉志敏2

（1.華晨雷諾金杯汽車有限公司，遼寧 沈陽 110044；2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300）

根據(jù)輕型客車的功能需要，整車幾何尺寸與乘用車有所不同，底盤性能也存在較大差異，所以輕型客車的底盤性能越來越受到底盤工程師的關(guān)注和深入研究。文章結(jié)合輕型客車車型的特點，以某輕型客車底盤性能開發(fā)為例，在操縱穩(wěn)定性、平順性和轉(zhuǎn)向性能匹配和調(diào)校方面進(jìn)行研究。通過主觀評價和試驗驗證的手段進(jìn)行底盤性能的匹配和調(diào)校，使車輛操縱穩(wěn)定性和平順性能達(dá)到最優(yōu)。

操縱穩(wěn)定性；平順性；底盤調(diào)校；主觀評價

前言

汽車底盤性能是汽車的重要性能之一，直接影響汽車安全性和行駛品質(zhì)，底盤性能的開發(fā)能力代表著汽車企業(yè)的核心技術(shù)實力。隨著底盤性能客觀測試與仿真調(diào)校技術(shù)的發(fā)展，底盤性能的匹配與調(diào)校，已經(jīng)形成以主觀調(diào)校和客觀測試互相結(jié)合的綜合技術(shù)[1-2]。目前，很多汽車企業(yè)對輕型客車操縱穩(wěn)定性和平順性調(diào)校的重點是突出平順性能，略微降低操縱穩(wěn)定性。本文在前期的底盤性能分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行底盤性能匹配和調(diào)校。調(diào)校結(jié)果在保證優(yōu)異的操縱穩(wěn)定性的同時，較大地提高了平順性。

1 開發(fā)方案

汽車底盤調(diào)校的目標(biāo)是以均衡或折中的方案對車輛行駛性能和行駛舒適性能進(jìn)行協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)整車底盤性能的優(yōu)化[3-4]。在整車開發(fā)前期，車輛動力學(xué)分析工程師會結(jié)合車輛銷售定位及用途進(jìn)行底盤性能分析和零部件的匹配工作，會進(jìn)行多輪次的方案匹配和分析，不斷調(diào)整適合車輛性能的匹配參數(shù)。整車開發(fā)調(diào)校通常分為三個階段，mule車狀態(tài)階段、工程車狀態(tài)階段和量產(chǎn)車狀態(tài)階段。不同階段的調(diào)校輸入?yún)?shù)會逐步接近最終設(shè)計狀態(tài)，同時運(yùn)動學(xué)分析和匹配結(jié)果也更加接近真實。調(diào)校過程中，mule車狀態(tài)階段主要進(jìn)行底盤硬點驗證和初步的底盤性能調(diào)校；工程車狀態(tài)階段主要進(jìn)行底盤整體性能調(diào)校和客觀試驗驗證；量產(chǎn)車狀態(tài)階段主要進(jìn)行減振器和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的精細(xì)調(diào)校。開發(fā)流程如圖1所示。

圖1 底盤調(diào)校流程圖

2 實例分析

2.1 關(guān)鍵參數(shù)描述

輕型客車尺寸與轎車和SUV車型相差較大，同時底盤各個系統(tǒng)的參數(shù)也有較大差別。需重點關(guān)注質(zhì)量、軸距、輪胎型號等參數(shù)。整車參數(shù)如表1匯總：

表1 車輛參數(shù)表

參數(shù)名稱數(shù)值 長×寬×高/mm5 160×1 800×1 980 整備質(zhì)量/kg2 437 軸距/mm3 440 輪距/mm1 560/1 540 整車質(zhì)心高度/mm710（估算） 輪胎型號195/70R15 胎壓/bar2.9/3.2

2.2 底盤性能主觀評價及調(diào)校

系統(tǒng)級臺架性能驗證在底盤性能開發(fā)中必不可少，既可以降低開發(fā)費(fèi)用，又可以縮短開發(fā)周期。操縱穩(wěn)定性試驗驗證包含懸架K&C測試、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能測試、制動系統(tǒng)性能測試、整車操縱穩(wěn)定性測試和平順性測試等。

2.2.1懸架K&C特性

懸架系統(tǒng)作為底盤的重要系統(tǒng)之一，對底盤性能起到至關(guān)重要的影響。懸架K特性主要由懸架幾何結(jié)構(gòu)決定，C特性由橡膠襯套、彈簧、輪胎特性決定，兩者共同作用，對直線行駛穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性、轉(zhuǎn)向回正性、側(cè)向穩(wěn)定性、側(cè)傾特性、制動穩(wěn)定性、抗俯仰性等產(chǎn)生重要影響。

在懸架K&C特性指標(biāo)中，應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣咔昂髴壹軅?cè)傾中心高度，同時在整車布置設(shè)計中需要盡可能地降低整車質(zhì)心高度，從而減小側(cè)傾力臂。優(yōu)點是前軸懸架系統(tǒng)會匹配一個相對較小的穩(wěn)定桿直徑和彈簧剛度來提供有效的側(cè)傾剛度，在達(dá)到一個較好的操穩(wěn)性能的同時又能提供一個很好的平順性能。同時設(shè)計合理范圍的前束變化值和外傾變化值可以在懸架設(shè)計初期就控制車輛的不足轉(zhuǎn)向性能和側(cè)傾外傾補(bǔ)償。設(shè)計合理的定位參數(shù)來保證整車直線行駛和制動時的車輛的穩(wěn)定性能。

2.3 評價與調(diào)校

汽車的操縱穩(wěn)定性與平順性是兩個對立的統(tǒng)一體，隨著汽車操縱穩(wěn)定性的提高，一般都會帶來平順性的下降，如何在這兩者之間找出一個平衡點，是汽車底盤性能設(shè)計的關(guān)鍵。底盤調(diào)校就是要保證汽車平順性和操縱穩(wěn)定性達(dá)到最佳的折中[5-6]。底盤調(diào)校主要是匹配以下幾個零部件參數(shù)，包括彈簧、緩沖塊、穩(wěn)定桿、襯套和減振器，同時也需要對輪胎進(jìn)行評價和確定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)等。

表2 主觀評價結(jié)果表

性能類別評分評語 操縱穩(wěn)定性6單移線響應(yīng)慢 不平路面直線性能差 平順性6側(cè)傾舒適性差 后懸架沖擊大 轉(zhuǎn)向性能5轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角偏大 轉(zhuǎn)向原地沉，高速輕 轉(zhuǎn)向響應(yīng)慢 壞路反饋強(qiáng)

調(diào)校工作開始前組織多名不同經(jīng)驗的評價人員對車輛進(jìn)行底盤性能的主觀評價，評價地點在專業(yè)試驗場地（包含動態(tài)廣場、石塊路、砂石路、長波路和長直線等）進(jìn)行評價。評價后匯總車輛存在的問題如表2。

針對操穩(wěn)和平順性反映出的評價問題，首先需要對懸架K&C性能進(jìn)行對比分析，主要關(guān)注懸架剛度曲線、跳動轉(zhuǎn)向、主銷偏移距及主銷參數(shù)、前后側(cè)傾剛度比等參數(shù)。

圖2 前懸架剛度圖

圖3 后懸架剛度圖

圖4 前輪跳動轉(zhuǎn)向

圖5 后輪跳動轉(zhuǎn)向

圖6 前懸架側(cè)傾轉(zhuǎn)向

圖7 后懸架側(cè)傾轉(zhuǎn)向

經(jīng)分析對比及對彈簧和穩(wěn)定桿的匹配評價，最后選定的彈性元件及襯套對應(yīng)的懸架K&C特性曲線如圖7所示，并對減振器進(jìn)行三輪調(diào)校，記錄了五組有效阻尼值，評價確定兼顧操穩(wěn)和平順性性能最終調(diào)校減振器外特性曲線如下圖8和9所示：

圖8 前減振器阻尼力值

圖9 后減振器阻尼力值

根據(jù)多輪調(diào)校匹配的評價結(jié)果進(jìn)行分析，最終確認(rèn)評審車前減振器評審狀態(tài)為第三次調(diào)校狀態(tài)的減振器及加厚襯套。前減振器增加了復(fù)原阻尼力值后評價“抓地性能”有所提升，評價前軸沉浮舒緩，側(cè)傾震蕩收斂效果良好，達(dá)到預(yù)期目的，相比于第一次調(diào)校狀態(tài)，復(fù)原阻力值在低、中速段（0.131/0.262/0.393/ 0.524）增加30%左右，壓縮力值無變化。其力值如圖8所示?？傻玫降慕Y(jié)論是最初調(diào)校的減振器存在阻力偏低，“拉不住”的問題。

后減振器最終方案確定為：第三次調(diào)校的減振器力值及加厚襯套。評價感覺前后橋匹配基本合理，收斂感覺較好，在力值上所看到的變化趨勢為中高速段阻尼力相對于第一次調(diào)校方案均復(fù)原與壓縮均加大20%～40%以上的阻尼，說明初期調(diào)校方案中力值不足。但現(xiàn)有方案在調(diào)校初期有下落空程明顯的感覺，推測與減振器高速度點力值有關(guān)。經(jīng)調(diào)校后達(dá)到目標(biāo)。

后懸架評價沖擊大，適當(dāng)調(diào)整緩沖塊接觸間隙，并降低緩沖塊初期剛度值，結(jié)合K&C懸架剛度測試曲線調(diào)整襯套剛度如圖10所示第四組剛度曲線，并對裝有第四組剛度緩沖塊的車輛進(jìn)行主觀評價，后橋大沖擊舒適性明顯改善。

在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)校過程中對低速轉(zhuǎn)向、高速轉(zhuǎn)向、靜態(tài)轉(zhuǎn)向力和低速轉(zhuǎn)向力矩進(jìn)行調(diào)校和標(biāo)定，完善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下幾個問題：（1）轉(zhuǎn)向盤角度偏大；（2）轉(zhuǎn)向原地沉、高速輕；（3）轉(zhuǎn)向響應(yīng)遲滯；（4）壞路反饋激烈。

圖10 后緩沖塊力值

針對以上問題，方向盤轉(zhuǎn)角偏大，需通過更改轉(zhuǎn)向傳動比來解決，制定方案并試制樣件。轉(zhuǎn)向原地沉、高速輕問題需要調(diào)整助力特性曲線即轉(zhuǎn)向器閥特性曲線及轉(zhuǎn)向泵流量解決。

如圖11所示，虛線為優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向助力曲線，5 MPa時，扭矩由5.5 Nm調(diào)到4 Nm，曲線趨勢基本不變；反映到方向盤手力，通過計算得出，手力由15.5 N減少到12 N。流量大時扭矩小，流量小時扭矩變大，利用這一特性，通過調(diào)整轉(zhuǎn)向泵的輸出流量，高速時流量小，低速時流量大，有助于解決低速沉、高速輕的問題?，F(xiàn)有轉(zhuǎn)向泵流量曲線基本滿足，如圖12所示：

圖11 轉(zhuǎn)向助力曲線

圖12 轉(zhuǎn)向助力曲線

轉(zhuǎn)向響應(yīng)遲滯與方向盤圈數(shù)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度、懸架剛度等因素有關(guān)。同時轉(zhuǎn)向響應(yīng)隨上述轉(zhuǎn)向傳動比的調(diào)整應(yīng)有所改善，并在懸架系統(tǒng)優(yōu)化時一同進(jìn)行評價和優(yōu)化。

壞路反饋劇烈也與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度、轉(zhuǎn)向器效率有關(guān)，待轉(zhuǎn)向器定型后與懸架系統(tǒng)優(yōu)化中解決。

經(jīng)過幾輪的測試分析與調(diào)校，最后確定彈性元件和減振器等參數(shù)。并由多名主觀評價工程師和國外評價專家評價結(jié)果如圖13所示：

圖13 主觀評價結(jié)果

經(jīng)過多輪底盤性優(yōu)化，其中操縱穩(wěn)定性側(cè)傾梯度適中，側(cè)傾抑制能力較強(qiáng)；橫擺角度及響應(yīng)適中，橫擺收斂快速；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過標(biāo)定后轉(zhuǎn)向力大小適中，方向盤與車輛響應(yīng)匹配較好。平順性能車身俯仰抑制能力強(qiáng)，一階二階垂直振動吸收能力提高，懸架行程空間充足，大沖擊緩解能力加強(qiáng)。

3 結(jié)束語

本文通過對比分析系統(tǒng)特性測試結(jié)果和主觀評價調(diào)校的方式，進(jìn)行底盤性能優(yōu)化設(shè)計及驗證，彌補(bǔ)輕型客車車型在底盤性能中的弊端，找到折中底盤性能的優(yōu)化方案，為該類車型提供有效地開發(fā)流程和方法，從而減小項目后期無法達(dá)到基本目標(biāo)的可能性。

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Tuning and Adjustment of Chassis Performance of a Light Bus

ZHANG Hongliang1, LIU Zhimin2

( 1.Renault Brilliance Jinbei Automotive Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110044;2.CATARC (Tianjin) Automotive Engineering Research Institute Co., Ltd., Tianjin 300300 )

According to the functional requirements of light passenger cars, the geometric dimensions of the whole vehicle are different from those of passenger cars, and the chassis performance is quite different. Therefore, the chassis performance of light bus is more and more concerned by chassis engineers and in-depth research. In this paper, taking the development of chassis performance of a light bus as an example, the matching and adjustment of handling stability, ride comfort and steering performance are studied. By means of subjective evaluation and experimental verification, the matching and adjustment of chassis performance are carried out to optimize the vehicle handling stability and ride performance.

Handling stability; Ride comfort; Chassis adjustment; Subjective evaluation

U463.34

A

1671-7988(2021)24-47-05

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1671-7988(2021)24-47-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.011

張宏亮，就職于華晨雷諾金杯汽車有限公司。