新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的車身重心位置與懸掛系統(tǒng)優(yōu)化

摘要：對(duì)新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，包括車身重心位置與懸掛系統(tǒng)優(yōu)化等問題進(jìn)行了研究。首先介紹了新能源客車底盤設(shè)計(jì)的基本要求和特點(diǎn)，然后分別從車身重心位置和懸掛系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化研究。在車身重心位置優(yōu)化方面，介紹了車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車輛荷載分配和車輛調(diào)整與控制等方法；在懸掛系統(tǒng)優(yōu)化方面，介紹了懸掛系統(tǒng)類型和特點(diǎn)，以及懸掛系統(tǒng)剛度、阻尼、減震器和彈簧等參數(shù)設(shè)計(jì)方法；綜合研究中，介紹了綜合優(yōu)化的目標(biāo)和要求，以及綜合優(yōu)化的方法和流程。最后，對(duì)其他優(yōu)化問題如車輪輪距和輪胎選擇優(yōu)化、制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化、操控性和穩(wěn)定性優(yōu)化等進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：新能源客車；底盤設(shè)計(jì)；車身重心位置；懸掛系統(tǒng)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U469.7 收稿日期：2023-05-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.011

1 前言

隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高和新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，新能源客車已成為公共交通領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。而底盤作為車輛的重要組成部分，其設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)于新能源客車的性能和安全具有重要意義。因此，對(duì)新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究和優(yōu)化，對(duì)于提高新能源客車的性能、安全和舒適性具有重要的意義。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)新能源客車底盤設(shè)計(jì)進(jìn)行了廣泛的研究。在車身重心位置優(yōu)化方面，國內(nèi)外學(xué)者主要從車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車輛荷載分配和車輛調(diào)整與控制等方面進(jìn)行了研究。在懸掛系統(tǒng)優(yōu)化方面，主要涉及懸掛系統(tǒng)類型和特點(diǎn)、懸掛系統(tǒng)剛度、阻尼、減震器和彈簧等參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。綜合優(yōu)化研究方面，主要包括綜合優(yōu)化的目標(biāo)和要求、方法和流程等方面的研究。此外，還有其他優(yōu)化問題如車輪輪距和輪胎選擇優(yōu)化、制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化、操控性和穩(wěn)定性優(yōu)化等方面的研究。

本文旨在對(duì)新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究和探討，為新能源客車底盤設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

2 車身重心位置優(yōu)化

2.1 車身重心位置的影響因素

2.1.1 車身構(gòu)造

車身構(gòu)造是影響車身重心位置的重要因素之一。車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，車身高度、車身質(zhì)量、車身掛件等都會(huì)影響車身重心位置［1］。例如，車身質(zhì)量越大，車身重心位置越高，從而影響車輛的穩(wěn)定性和操控性。

2.1.2 車輛荷載狀況

車輛荷載狀況也是影響車身重心位置的重要因素之一。車輛荷載分布不均勻、荷載質(zhì)量過大等因素都會(huì)導(dǎo)致車身重心位置的偏移。例如，如果車輛后部的荷載過重，車身重心位置將向后移動(dòng)，從而影響車輛的穩(wěn)定性和操控性。

2.1.3 車輛行駛狀態(tài)

車輛行駛狀態(tài)也會(huì)對(duì)車身重心位置產(chǎn)生影響。例如，車輛在轉(zhuǎn)彎、加速、制動(dòng)等情況下，車身重心位置都會(huì)發(fā)生變化。在轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身重心位置會(huì)向外移動(dòng)，從而增加側(cè)傾的風(fēng)險(xiǎn)；在加速時(shí)，車身重心位置會(huì)向后移動(dòng)，從而影響車輛的牽引力和穩(wěn)定性；在制動(dòng)時(shí)，車身重心位置會(huì)向前移動(dòng)，從而影響車輛的制動(dòng)距離和穩(wěn)定性。

2.2 車身重心位置的優(yōu)化方法

2.2.1 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過采用輕量化材料、降低車身高度、減少車身掛件等方式，降低車身重心位置，提高車輛的穩(wěn)定性和操控性。例如，通過采用高強(qiáng)度鋼材、鋁合金等輕量化材料，可以降低車身質(zhì)量，從而降低車身重心位置。同時(shí)，降低車身高度和減少車身掛件也可以有效地降低車身重心位置。

2.2.2 車輛荷載分配

合理分配車輛荷載，保證荷載分布均勻，減少荷載重量，降低車身重心位置。例如，在設(shè)計(jì)新能源客車底盤時(shí)，可以合理分配座位、電池等荷載，使荷載分布均勻，從而降低車身重心位置。

2.2.3 車輛調(diào)整與控制

通過車輛調(diào)整和控制，如調(diào)整懸掛系統(tǒng)剛度和阻尼、調(diào)整輪胎氣壓等方式，優(yōu)化車輛行駛狀態(tài)，減少車身重心位置的偏移。例如，在車輛行駛時(shí)，可以通過調(diào)整懸掛系統(tǒng)剛度和阻尼，使車輛行駛更加平穩(wěn)，從而減少車身重心位置的偏移。

2.3 實(shí)例分析

2.3.1 某型新能源客車車身重心位置優(yōu)化

以某型新能源客車為例，其車身高度為3.5 m，車身質(zhì)量為10 t，車身掛件較多，荷載分布不均勻，車身重心位置較高，影響了車輛的穩(wěn)定性和操控性。為了優(yōu)化車身重心位置，可以采用以下方法：

a.采用輕量化材料，如高強(qiáng)度鋼材、鋁合金等，降低車身質(zhì)量。

b.降低車身高度，如減少車輪直徑等。

c.減少車身掛件，如減少后視鏡、雨刷器等。

d.合理分配車輛荷載，保證荷載分布均勻。通過以上優(yōu)化措施，成功地降低了車身重心位置，提高了車輛的穩(wěn)定性和操控性。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化后的車身重心位置明顯降低，車輛行駛穩(wěn)定性和操控性得到了顯著提高。例如，在制動(dòng)時(shí)，車輛制動(dòng)距離明顯縮短，制動(dòng)過程更加平穩(wěn)；在轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輛側(cè)傾角度明顯減小，轉(zhuǎn)彎更加穩(wěn)定。

3 懸掛系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 懸掛系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)

懸掛系統(tǒng)是新能源客車底盤中非常重要的組成部分，它直接影響車輛的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。根據(jù)懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，可以將其分為獨(dú)立懸掛系統(tǒng)和非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)兩種類型［2］。

3.1.1 獨(dú)立懸掛系統(tǒng)

獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是一種將車輪與車身分離的懸掛系統(tǒng)，其特點(diǎn)是車輪之間相互獨(dú)立，一側(cè)車輪受到?jīng)_擊時(shí)，不會(huì)對(duì)另一側(cè)車輪產(chǎn)生影響［3］。獨(dú)立懸掛系統(tǒng)可以有效地提高車輛的操控性和行駛穩(wěn)定性，適用于高速公路等平整路面的行駛。

3.1.2 非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)

非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是一種將車輪與車身連接在一起的懸掛系統(tǒng)，其特點(diǎn)是車輪之間相互影響，一側(cè)車輪受到?jīng)_擊時(shí)，會(huì)對(duì)另一側(cè)車輪產(chǎn)生影響。非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)適用于越野車、越野賽車等需要在崎嶇路面、顛簸路面行駛的車輛，可以有效地提高車輛的通過性和抗震性能。

3.2 懸掛系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)

懸掛系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)是新能源客車底盤設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)。懸掛系統(tǒng)的參數(shù)包括懸掛系統(tǒng)剛度、懸掛系統(tǒng)阻尼、懸掛系統(tǒng)減震器和懸掛系統(tǒng)彈簧等方面。

3.2.1 懸掛系統(tǒng)剛度

懸掛系統(tǒng)剛度是指懸掛系統(tǒng)在受到外力作用時(shí)的抗變形能力，它直接影響車輛的操控性和穩(wěn)定性。懸掛系統(tǒng)剛度過高會(huì)導(dǎo)致車輛行駛時(shí)震動(dòng)過大，影響乘坐舒適性；懸掛系統(tǒng)剛度過低則會(huì)導(dǎo)致車輛行駛時(shí)側(cè)傾、抖動(dòng)等問題，影響行駛穩(wěn)定性。因此，懸掛系統(tǒng)剛度的設(shè)計(jì)需要根據(jù)車輛使用環(huán)境、車輛質(zhì)量等因素進(jìn)行合理的選擇。

3.2.2 懸掛系統(tǒng)阻尼

懸掛系統(tǒng)阻尼是指懸掛系統(tǒng)在受到外力作用時(shí)的抑制能力，它直接影響車輛的減震效果和行駛穩(wěn)定性。懸掛系統(tǒng)阻尼過高會(huì)導(dǎo)致車輛行駛時(shí)過于僵硬，影響乘坐舒適性；懸掛系統(tǒng)阻尼過低則會(huì)導(dǎo)致車輛行駛時(shí)過于柔軟，影響行駛穩(wěn)定性。因此，懸掛系統(tǒng)阻尼的設(shè)計(jì)需要根據(jù)車輛使用環(huán)境、車輛質(zhì)量等因素進(jìn)行合理的選擇。

3.2.3 懸掛系統(tǒng)減震器

懸掛系統(tǒng)減震器是懸掛系統(tǒng)中非常重要的組成部分，它可以有效地降低車輛行駛時(shí)的震動(dòng)和抖動(dòng)。懸掛系統(tǒng)減震器的設(shè)計(jì)需要根據(jù)車輛使用環(huán)境、車輛質(zhì)量等因素進(jìn)行合理的選擇。常見的懸掛系統(tǒng)減震器有液壓減震器、氣壓減震器等。

3.2.4 懸掛系統(tǒng)彈簧

懸掛系統(tǒng)彈簧是懸掛系統(tǒng)中非常重要的組成部分，它可以有效地支撐車輛的重量和荷載。懸掛系統(tǒng)彈簧的設(shè)計(jì)需要根據(jù)車輛使用環(huán)境、車輛質(zhì)量等因素進(jìn)行合理的選擇。常見的懸掛系統(tǒng)彈簧有螺旋彈簧、板簧等。

3.3 實(shí)例分析

以某型新能源客車為例，其懸掛系統(tǒng)剛度過高，阻尼過低，導(dǎo)致車輛行駛時(shí)過于僵硬，影響乘坐舒適性；同時(shí)，車輛在行駛中存在側(cè)傾、抖動(dòng)等問題，影響行駛穩(wěn)定性。因此，需要對(duì)其懸掛系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先，針對(duì)懸掛系統(tǒng)剛度過高的問題，可以采取減小彈簧剛度或增加減震器阻尼等措施來降低懸掛系統(tǒng)剛度。其次，針對(duì)懸掛系統(tǒng)阻尼過低的問題，可以采取增加減震器阻尼或更換更適合的減震器等措施來提高懸掛系統(tǒng)阻尼。最后，針對(duì)車輛側(cè)傾、抖動(dòng)等問題，可以采取增加懸掛系統(tǒng)剛度、增加減震器阻尼等措施來提高車輛的行駛穩(wěn)定性。

通過以上優(yōu)化措施，可以有效地改善懸掛系統(tǒng)的性能，提高車輛的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性，進(jìn)一步提升車輛的整體性能和競(jìng)爭(zhēng)力。

以某汽車品牌的旗艦車型為例，該車型的懸掛系統(tǒng)在市場(chǎng)反饋中存在乘坐舒適性不佳的問題，同時(shí)在高速行駛中存在車身抖動(dòng)和側(cè)傾的情況。為了解決這些問題，該品牌決定對(duì)該車型的懸掛系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

a.對(duì)于乘坐舒適性不佳的問題，該品牌采取了降低懸掛系統(tǒng)剛度的措施，通過更換軟一些的彈簧和減小減震器阻尼等方式來降低懸掛系統(tǒng)剛度，從而提高了車輛的乘坐舒適性。

b.針對(duì)高速行駛中存在的車身抖動(dòng)和側(cè)傾問題，該品牌采取了增加懸掛系統(tǒng)剛度和增加減震器阻尼的措施。通過更換硬一些的彈簧和增加減震器阻尼來提高懸掛系統(tǒng)的剛度和阻尼，從而有效地降低了車輛在高速行駛中的抖動(dòng)和側(cè)傾，提高了車輛的行駛穩(wěn)定性。

經(jīng)過以上優(yōu)化措施，該品牌的旗艦車型的懸掛系統(tǒng)性能得到了明顯的提升，乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性得到了有效地改善，進(jìn)一步提升了車型的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和用戶滿意度。

4 車身重心位置與懸掛系統(tǒng)優(yōu)化綜合研究

4.1 綜合研究的意義和方法

新能源客車的底盤設(shè)計(jì)中，車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化是兩個(gè)關(guān)鍵問題。車身重心位置的合理設(shè)計(jì)可以提高車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性［4］，而懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化可以提高車輛的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性。因此，對(duì)于新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化，需要進(jìn)行綜合研究，以實(shí)現(xiàn)最佳的整車性能。

4.1.1 綜合優(yōu)化的目標(biāo)和要求

綜合優(yōu)化的目標(biāo)是在保證車輛安全性和穩(wěn)定性的前提下，實(shí)現(xiàn)車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的最佳匹配，提高車輛的整體性能［5］。具體要求包括以下幾點(diǎn)：

a.車身重心位置要盡可能低，以提高車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性。

b.懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮車身重心位置的影響，以提高車輛的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性。

c.綜合考慮車輛的使用環(huán)境和質(zhì)量等因素，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

4.1.2 綜合優(yōu)化的方法和流程

綜合優(yōu)化的方法和流程包括以下幾點(diǎn)：

a.確定車身重心位置的設(shè)計(jì)目標(biāo)，包括車輛的使用環(huán)境和質(zhì)量等因素。

b.設(shè)計(jì)懸掛系統(tǒng)的剛度和阻尼等參數(shù)，以滿足車輛的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性的要求［6］。

c.通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，評(píng)估車輛的整體性能，并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化。

d.最終確定車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行整車測(cè)試和驗(yàn)證。

4.2 實(shí)例分析

4.2.1 某型新能源客車底盤綜合優(yōu)化

以某型新能源客車為例，其底盤設(shè)計(jì)中車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化需要進(jìn)行綜合研究。

a.確定車身重心位置的設(shè)計(jì)目標(biāo)，考慮車輛的使用環(huán)境和質(zhì)量等因素，確定車身重心位置的設(shè)計(jì)范圍。

b.設(shè)計(jì)懸掛系統(tǒng)的剛度和阻尼等參數(shù)，以滿足車輛的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性的要求，通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，評(píng)估車輛的整體性能，并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化。

c.確定車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行整車測(cè)試和驗(yàn)證。

4.2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

經(jīng)過綜合優(yōu)化后，該型新能源客車的車身重心位置得到了有效地降低，車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性得到了顯著的提升。同時(shí)，懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到了優(yōu)化，車輛的乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性也得到了顯著的提高。最終的整車測(cè)試和驗(yàn)證結(jié)果表明，該型新能源客車的整體性能得到了明顯的提升，滿足了用戶的需求。

5 其他優(yōu)化問題

5.1 車輪輪距和輪胎選擇優(yōu)化

車輪輪距和輪胎選擇是新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要問題。車輪輪距的選擇需要考慮車輛的使用環(huán)境和行駛穩(wěn)定性等因素，以確保車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性。同時(shí)，輪胎的選擇也需要根據(jù)車輛的使用環(huán)境和行駛穩(wěn)定性等因素進(jìn)行優(yōu)化，以提高車輛的行駛性能和安全性。

5.2 制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化

制動(dòng)系統(tǒng)是新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，其設(shè)計(jì)需要考慮車輛的整體性能和安全性。制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化包括制動(dòng)盤和制動(dòng)片的選擇、制動(dòng)液的選擇、制動(dòng)系統(tǒng)的布局和管路設(shè)計(jì)等方面。通過制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化，可以提高車輛的制動(dòng)性能和安全性。

5.3 操控性和穩(wěn)定性優(yōu)化

操控性和穩(wěn)定性是新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的重要問題。操控性的優(yōu)化需要考慮車輛的轉(zhuǎn)向性能、懸掛系統(tǒng)的剛度和阻尼等因素，以提高車輛的操控性和駕駛舒適性。穩(wěn)定性的優(yōu)化需要考慮車輛的重心位置、懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和輪胎選擇等因素，以提高車輛的行駛穩(wěn)定性和安全性。

綜上所述，新能源客車底盤設(shè)計(jì)中的其他優(yōu)化問題包括車輪輪距和輪胎選擇優(yōu)化、制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化和操控性、穩(wěn)定性優(yōu)化等方面。通過對(duì)這些問題的優(yōu)化，可以提高新能源客車的整體性能和安全性，滿足用戶的需求和市場(chǎng)的要求。

6 結(jié)語

新能源客車底盤設(shè)計(jì)是保證車輛整體性能和安全性的關(guān)鍵。在底盤設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮車身重心位置、懸掛系統(tǒng)、車輪輪距和輪胎選擇、制動(dòng)系統(tǒng)以及操控性和穩(wěn)定性等因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以評(píng)估車輛的整體性能，并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化。最終確定車身重心位置和懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行整車測(cè)試和驗(yàn)證。通過對(duì)底盤設(shè)計(jì)的優(yōu)化，可以提高新能源客車的整體性能和安全性，滿足用戶的需求和市場(chǎng)的要求。

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作者簡(jiǎn)介：

鄧菊根，男，1977年生，工程師，研究方向?yàn)槠囋O(shè)計(jì)。