懸架偏頻計算在實車底盤調(diào)校中的應用

摘 要：過去國內(nèi)更多是在車輛動力學仿真過程中進行懸架偏頻計算，實現(xiàn)在實車調(diào)校初步確定懸架偏頻及范圍。隨著消費者對車輛性能要求日益提高，近幾年國內(nèi)車企對底盤調(diào)校也提出了更高的要求，尤其是乘坐舒適性表現(xiàn)。文章以某新能源品牌SUV車型底盤調(diào)校為例，講述懸架偏頻計算在實車底盤調(diào)校中的應用，以提高調(diào)校工作的效率和結果質(zhì)量。

關鍵詞：懸架偏頻 乘坐舒適性 底盤調(diào)校 新能源汽車

1 緒論

隨著消費水平日益提高，近幾年國內(nèi)汽車企業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的消費者開始關注車輛底盤性能表現(xiàn)，這就對底盤調(diào)校工作提出了更高的要求。過去國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)和消費者更多關注的是車輛的質(zhì)量以及可靠性，但現(xiàn)在尤其是隨著國內(nèi)新能源汽車品牌的迅速崛起，中高端車型市場不斷擴大，底盤性能表現(xiàn)也成為各大車企比拼的焦點。

懸架偏頻在很大程度上影響到車輛乘坐舒適性表現(xiàn)，尤其是一階舒適性方面的俯仰平衡、跳動行程和速率等。二階舒適性和沖擊的柔和感也會受到懸架偏頻的影響。在操穩(wěn)方面，懸架偏頻在一定程度上影響整車的加速/制動俯仰角梯度、不足轉向度和側傾梯度等。

過去懸架偏頻計算更多的是車輛動力學仿真過程中應用，以初步確定懸架偏頻及范圍。文章以某新能源品牌SUV車型底盤調(diào)校為例，講述懸架偏頻計算在實車調(diào)校中的應用，將仿真分析虛擬匹配與實車匹配相結合，為實車底盤調(diào)校工作指導方向以提高調(diào)校效率和結果質(zhì)量。

2 懸架偏頻原理

在汽車行駛過程中由于路面不平的肌理會導致車輛產(chǎn)生振動，振動環(huán)境是人們判斷車輛設計和制造“品質(zhì)”較重要的標準之一，對振動環(huán)境的判斷主要根據(jù)人的主觀感覺，由此出現(xiàn)為了把乘適性作為汽車的一個性能指標而要發(fā)展客觀工程方法的巨大困難[1]。

懸架偏頻是研究乘坐舒適性的一個重要客觀指標，可以把單輪的懸架系統(tǒng)簡化為一個四分之一車輛模型，如圖1所示。

在懸架和輪胎彈簧上的簧上質(zhì)量能在垂直方向運動。懸架和輪胎彈簧串聯(lián)等效剛度稱為“乘適剛度”（ride rate）可由下式確定[1]：

無阻尼時，車輛各角落（四分之一車輛模型）跳動的偏頻可由下列方程式確定：

需要注意的是，上述方程式中計算的懸架偏頻其實是考慮了輪胎剛度的懸架乘適偏頻，因為在實際應用過程中輪胎作為必不可少的一環(huán)與懸架系統(tǒng)串聯(lián)，用懸架乘適偏頻計算更貼近實車應用。

3 虛擬仿真懸架偏頻計算

在底盤性能開發(fā)流程中，實車調(diào)校前需進行虛擬仿真分析優(yōu)化，以提前發(fā)現(xiàn)并規(guī)避車輛性能問題。在此階段會進行懸架偏頻計算和初步匹配，以評估車輛和發(fā)布實車調(diào)校樣件清單。

3.1 模型搭建

文章應用的案例為某新能源品牌SUV，包含純電和增程兩種車型配置，其底盤硬點、軸距和論據(jù)等參數(shù)相同，整車質(zhì)量和前后軸載荷分布略有不同。該車型設計以乘坐舒適性為主，操穩(wěn)需保證安全和消費者常用工況的性能表現(xiàn)，前懸架采用麥弗遜式獨立懸架，后懸架采用帶拖曳臂式的多連桿獨立懸架形式。根據(jù)設計輸入的底盤硬點數(shù)據(jù)建立Adams多體模型，如圖2和圖3所示。

3.2 懸架偏頻虛擬匹配

在Adams多體動力學模型搭建完成后，便可開始進行Kamp;C和整車操穩(wěn)仿真分析優(yōu)化工作。Kamp;C指標在一定程度上可反映該車型乘坐舒適性表現(xiàn)，整車操穩(wěn)指標則可在一定程度上反映其操縱穩(wěn)定性和駕駛操控感受。在本階段仿真優(yōu)化過程中懸架偏頻虛擬匹配是其中的重點，需結合該車型軸距、輪距、輪胎和質(zhì)量分布等參數(shù)進行優(yōu)化。該車型部分主要參數(shù)如表1。

具體的仿真分析優(yōu)化過程文章不進行詳細講解，以純電車型為例，經(jīng)過多輪優(yōu)化后懸架偏頻及部分主要相關指標如表2。

虛擬仿真優(yōu)化后經(jīng)評估主要性能指標滿足預期目標，鎖定彈簧和穩(wěn)定桿基礎狀態(tài)。

3.3 發(fā)布底盤調(diào)校樣件清單

完成虛擬仿真分析優(yōu)化后，基于鎖定的彈簧和穩(wěn)定桿狀態(tài)，結合車輛性能摸底結果和目標定位綜合評估后，發(fā)布底盤調(diào)校樣件清單，并按照清單制作調(diào)校樣件準備進行實車調(diào)校。同樣以純電車型為例，某新能源純電SUV調(diào)校樣件清單如表3。

需注意的是上表只列出與懸架偏頻計算強相關的調(diào)校清單，但在實際底盤調(diào)校工作中，還應包括緩沖塊、襯套、可調(diào)減振器、輪胎和轉向等相關零部件及系統(tǒng)的匹配優(yōu)化工作。在供應商提供樣件的同時應提供相應的測試報告以把控調(diào)校樣件的準確性。

4 實車調(diào)校懸架偏頻計算

調(diào)校樣車裝配完成后便可按計劃進行實車底盤調(diào)校。由于實車狀態(tài)與多體動力學模型肯定會存在差異，因此需首先對實車進行相關測試并對懸架偏頻計算結果進行標定校對。

4.1 樣車基礎狀態(tài)確認

首先應確認樣車彈簧、穩(wěn)定桿、襯套和輪胎等底盤零部件與前期仿真分析鎖定的基礎狀態(tài)一致，有條件的建議全部更換為已知狀態(tài)的調(diào)校樣件。同時樣車狀態(tài)檢查還應包括底盤硬點、軸距、輪距和四輪定位參數(shù)等靜態(tài)參數(shù)確認及校準。

4.2 調(diào)校前Kamp;C測試

基礎狀態(tài)確認無誤后需對樣車進行調(diào)校前相關測試，其中最主要的就是Kamp;C測試。通過測試結果可評估樣車的實際車況，并對多體動力學模型進行標定，校準后的懸架偏頻計算結果才會更加準確，在實車調(diào)校中的應用才會更有價值。

該項目使用的是英國ABD SPMM5000 Kamp;C試驗臺，純電車型部分測試結果如表4。

經(jīng)前期樣車狀態(tài)確認其底盤零部件狀態(tài)與基礎狀態(tài)一致，前彈簧剛度為35 N/mm，后彈簧剛度為52 N/mm。

4.3 實車彈簧匹配及偏頻計算

在檢查確認完成車輛的基礎狀態(tài)及相關參數(shù)后可開始進行彈簧匹配，在此過程中偏頻計算將起到重要作用。應用Kamp;C測試結果和重量參數(shù)進行計算，實車基礎狀態(tài)及各調(diào)校方案的前后偏頻計算結果如表5。

各方案組合前后偏頻比計算結果如表6。

通過計算可知，本次可匹配的調(diào)校方案偏頻比范圍為0.83～1.16。

需要注意的是，在計算實車偏頻時需根據(jù)實車測量結果將載荷、簧下質(zhì)量、彈簧實測剛度、懸架實測剛度等數(shù)據(jù)應用至公式中，其結果才會盡可能接近實際車輛狀態(tài)。

接下來便可參考計算的偏頻及偏頻比進行彈簧匹配，通常此過程采用主觀評價的方式評估每個方案的優(yōu)劣。主觀評價在舒適性方面應關注前后俯仰平衡、懸架運動行程、運動柔和感、沖擊柔和感等表現(xiàn)，在操穩(wěn)方面也應關注不足轉向度、前后側傾平衡、橫擺響應等表現(xiàn)，同時結合車型的風格定位進行匹配。

在評價的同時需參考實車偏頻及偏頻比計算結果，以該項目為例，根據(jù)對標同類型車輛和以往項目經(jīng)驗，該車型偏頻比的合理范圍一般為1.05～1.15，在匹配時作為主觀評價的指導方案，可明顯提高調(diào)校匹配的效率和準確性。

具體的調(diào)校匹配過程文章不作詳細講解，最終該車型純電選定的前后彈簧方案分別為31 N/mm和55 N/mm，偏頻比為1.11，再結合后續(xù)穩(wěn)定桿、襯套及減振器等調(diào)校，順利達成目標并通過項目驗收。

需注意的是懸架偏頻或偏頻比并沒有一個固定的值來反映車輛的優(yōu)劣，例如該項目的增程車型最終選定的偏頻比就與純電不同。但通常同類型的車輛差別不會過大，對標及競品車型的偏頻計算結果同樣具有重要的指導意義。

5 結語

文章以某新能源SUV車型底盤調(diào)校為例，系統(tǒng)地講解了懸架偏頻計算在實車調(diào)校中的應用，包括懸架偏頻的原理、虛擬仿真懸架偏頻計算、實車調(diào)校偏頻計算等。

總之，懸架偏頻計算作為一種偏理論性的方法，與實車調(diào)校和主觀評價相結合，可以起到至關重要的作用，能大幅提升調(diào)校匹配的效率和準確性，通常只有主觀評價結果和客觀理論計算能對應上，其最終的結果才會更加準確。

參考文獻：

[1]Thomas D. Gillespie.車輛動力學基礎[M].北京：清華大學出版社，2006.

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[4]杜翔，袁明，管西強，等.轎車乘坐舒適性及懸架系統(tǒng)匹配與優(yōu)化[J].機械設計與制造，2007（11）：3.