商用車與乘用車底盤設(shè)計雖然在細(xì)節(jié)上各有不同的考慮，但基本的設(shè)計理念相同，無論什么類別的車，其底盤設(shè)計的原理都是要運(yùn)用相似的底盤部件，如彈簧、減振器、拉桿、擺臂、襯套、轉(zhuǎn)向部件、制動部件來滿足一些基本的整車性能要求。汽車設(shè)計就是要有好的動力性、經(jīng)濟(jì)性、制動性、操穩(wěn)性、平順性、安全性和耐久性。在產(chǎn)品開發(fā)時所有在整車性能清單上的項目都要反復(fù)鑒定是否達(dá)標(biāo)。不同車型會有不同的性能要求，比如跑車需要靈活的操穩(wěn)性，而客車需要更多的舒適性。



底盤設(shè)計開發(fā)需要測試的項目有哪些？如何建立性能指標(biāo)？如何測試并用測試結(jié)果來改進(jìn)設(shè)計？底盤工程是如何在有限的時間內(nèi)一步步把產(chǎn)品開發(fā)出來完的？這些將在本文中進(jìn)行詳細(xì)介紹。

對底盤開發(fā)的認(rèn)識

汽車要有好的品質(zhì)就要把設(shè)計和生產(chǎn)工藝都做到位，成功的汽車企業(yè)需要具備高水準(zhǔn)的技術(shù)、優(yōu)質(zhì)的組織管理以及良好的經(jīng)營。雖然汽車底盤開發(fā)是技術(shù)能力問題，但需要強(qiáng)調(diào)成功的底盤開發(fā)更取決于組織管理和有效的團(tuán)隊合作。底盤技術(shù)的開發(fā)和汽車其他系統(tǒng)的開發(fā)都是本著反復(fù)測試再反復(fù)改進(jìn)的原則。底盤開發(fā)的挑戰(zhàn)在于有無正確、完整的開發(fā)計劃、技術(shù)成熟的工作團(tuán)隊和嚴(yán)格的系統(tǒng)化作業(yè)。



看看目前企業(yè)所用的底盤開發(fā)流程，無論商用車還是乘用車，都是在確定了平臺、車型以及成立了項目組后，展開項目工作的早期就要依照清單測試參考的競爭車所有和底盤有關(guān)的性能，測試內(nèi)容包括整車的主觀評價、客觀評價和拆解分析。在資源許可的情況下還要做K&C臺架測試，它是客觀評價的一種，針對車輛前后懸架的Kinematics（運(yùn)動學(xué)）及Compliance（受力變形性能）作各項測量。主觀評價和客觀評價都要做，才能確保所開發(fā)的車型具有優(yōu)良的性能。主觀評價不需要測試儀器和實驗場，可以作多次的評價來幫助改進(jìn)，在設(shè)備和資源缺乏時這是很好的途徑。根據(jù)這些測試數(shù)據(jù)，掌握目標(biāo)車的性能指標(biāo)。目前底盤開發(fā)技術(shù)非常依賴CAE（計算機(jī)輔助工程）來定方向。底盤設(shè)計所用的CAE包括車輛動力學(xué)和機(jī)械運(yùn)動學(xué)模擬、工程設(shè)計3維數(shù)模和有限元結(jié)構(gòu)分析模擬。我們用來開發(fā)目標(biāo)車底盤的工具是這套目標(biāo)車的數(shù)模，所有和競爭車有關(guān)的工作可以看作是“搭橋工作”。建立成功的目標(biāo)車的整車模擬和K&C模擬，就掌握了待開發(fā)車的底盤設(shè)計，也就不難完成樣車制造。無可否認(rèn)，經(jīng)過對樣車作主觀、客觀評價及K&C臺架測試，我們對目標(biāo)車的設(shè)計成功就更具信心。然而，樣車的底盤部件并不是為量產(chǎn)設(shè)計的，二者的差別主要是部件耐久性和生產(chǎn)工藝的質(zhì)量沒有在樣車上體現(xiàn)驗證，所以在這個階段的重要工作是設(shè)計開發(fā)量產(chǎn)的部件，它所涉及的工作有有限元結(jié)構(gòu)分析、量產(chǎn)部件臺架實驗和對整車在試車場作耐久性測試等。耐久性測試需要很長時間，為了爭取時間我們總希望提早開始量產(chǎn)部件的開發(fā)，這是個很大的挑戰(zhàn)。試制的量產(chǎn)車組裝完成時有一項關(guān)鍵的工作，就是底盤調(diào)校，調(diào)校的結(jié)果會對底盤某些零部件的設(shè)計有小幅度的更改。



汽車性能的鑒定方法

前面提過與底盤設(shè)計最有關(guān)的是操穩(wěn)性和平順性，簡單來說就是“要容易控制，平穩(wěn)但反應(yīng)夠快，不會顛簸或發(fā)生噪聲振動，開起來輕松舒服”。為了保證顧客滿意，底盤工程師要不斷試車和改進(jìn)。主觀評價和客觀評價試車的項目很多，以乘用車為例，僅針對操穩(wěn)性平順性（不包括NVH）的主觀和客觀測試就超過30種。主觀評價要請多位有經(jīng)驗的人駕駛車輛作性能對比打分。客觀評價要用儀器測量各種關(guān)鍵的性能參數(shù)并確認(rèn)是否在指標(biāo)要求范圍內(nèi)。一般來說，競爭車的測試在項目的初期完成，而目標(biāo)車的測試要在樣車制造后才能進(jìn)行，這之間有1年半以上的時差。在這段時間內(nèi)，目標(biāo)車底盤設(shè)計完全在CAE上運(yùn)作。

操穩(wěn)性能測試。一個重要的客觀測試稱為“等半徑穩(wěn)態(tài)穩(wěn)度測試”，車輛作等半徑等速圓周運(yùn)動，在不同車速下量取轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角和車的側(cè)向加速度，由匯集的測試資料提取一個稱為“不足轉(zhuǎn)向梯度”的參數(shù)值，通常希望這個參數(shù)值為2°～6°/g。在這個實驗中，還可以同時量取到另外幾個重要的整車性能參數(shù)：一個是側(cè)傾增益，它由車的側(cè)傾角與側(cè)向加速度的關(guān)系提取，通常該值為4°～8°/g ；另一個重要參數(shù)是轉(zhuǎn)向敏感度，這是針對側(cè)向加速度和對應(yīng)的轉(zhuǎn)向盤所打角度來作評價，通常希望這個值在車速為100 km/h的狀況下是0.8～1.4g/100°-SWA。另一個重要的整車性能測試稱為階躍輸入瞬時響應(yīng)，實驗時在計劃車速下把轉(zhuǎn)向盤以預(yù)定的角轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角，整個過程車的側(cè)向加速度、橫擺角速度等重要性能參數(shù)隨時間變化的曲線是分析的要點。客觀評價的性能參數(shù)比較抽象，但它的優(yōu)點是可以計算或測量具體的數(shù)值以幫助工程設(shè)計。



乘坐舒適性能測試。在客觀評價中要測量前后懸架的偏頻，對于乘用車這個值在前懸應(yīng)該在l Hz左右，在后懸應(yīng)當(dāng)比前懸高20%左右，高出這個指標(biāo)就表示彈簧太硬，會影響乘坐舒適性。對于越野車和卡車，為了適應(yīng)起伏路面，彈簧的剛度會高些。典型的舒適性客觀評價車要以低、中、高3種車速通過特別選定的試車路線，在駕駛員座椅、乘客座椅、轉(zhuǎn)向盤、地板等處測量前后、側(cè)向及垂直3個方向的線性加速度在時域內(nèi)的變化，試車要在光滑路面和粗糙路面2種路線各作1次。有了這些數(shù)據(jù)就可把目標(biāo)車和競爭車每種狀況的加速度均方根值取來作對比，來了解目標(biāo)車在乘坐舒適性方面的表現(xiàn)。與這個性能調(diào)校相關(guān)的部件有彈簧剛度、減振器阻尼、前后穩(wěn)定桿扭轉(zhuǎn)剛度和各處的襯套剛度。

制動性能測試。由于制動器屬于行車安全相關(guān)的部件，因此，對它的性能測試需依照法規(guī)要求，如歐洲的ECE、美國的FMVSS和中國的GB。車輛制動性能的保障首先要求制動器本身功能要達(dá)標(biāo)，比如根據(jù)車的質(zhì)量分布以及用0.5～0.6g加速度可以來鑒定車的前后制動器能力總和是否配置得當(dāng)。此外，需要對制動器的摩擦片性能進(jìn)行冷測試、衰減測試和磨損測試。整車測試則包括直線行駛測試、制動距離測試和跑偏測試等。對于ABS的性能鑒定，則需要在一個左右兩側(cè)地面摩擦因數(shù)不同路面進(jìn)行測試。此外，商用車的制動測試還包括下長坡制動性能測試。



懸架K＆C性能測試。K＆C性能測試是底盤設(shè)計開發(fā)過程中的重要一環(huán)。需要量取前懸及后懸各30～50個實驗及參數(shù)曲線，將競爭車與目標(biāo)車的這些參數(shù)曲線一一對比就可以非常精確地明白目標(biāo)車需要努力改進(jìn)之處。K&C測試不但可以在試驗室進(jìn)行，也可在計算機(jī)上模擬，一方面替競爭車作K&C測試，一方面替還沒制造好的目標(biāo)車作K&C測試然后作對比。Kinematics測試是把左右車輪相對于車身逐漸舉起（彈簧壓縮）再放下（彈簧伸長），量取此過程中左右輪前束角、外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、輪距、側(cè)傾中心高度等各參數(shù)的變化曲線。Compliance測試是把一定的某特定的位置及方向的力漸漸加在左右車輪上，量取該過程中左右輪前束角、外傾角和主銷后傾角等各參數(shù)的變化曲線。乍看這些K&C試驗與整車性能好像沒什么關(guān)聯(lián)，然而如果前后懸K&C的各種性能都和競爭車的性能相符合時，那么目標(biāo)車的各項與底盤相關(guān)的整車性能也都和競爭車的整車性能相接近。



CAE模擬在底盤開發(fā)中的重要性

作測試評價的目的是幫助改進(jìn)設(shè)計，但是如果用實車整車性能測試來達(dá)到優(yōu)化設(shè)計還有一定困難。首先，在目標(biāo)車樣車沒有制造出來前，沒有辦法作目標(biāo)車的實車測試評價；第二，經(jīng)過實車整車測試鑒定問題再進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)的循環(huán)作業(yè)既慢成本又高，而且不夠精確。

如今，國內(nèi)外的底盤開發(fā)工程都開始用計算機(jī)模擬（CAE），作大部分的客觀評價測試。CAE和實車測試有相輔相成的功效，在汽車產(chǎn)品開發(fā)中對于它們在不同時間節(jié)點的工作配合有嚴(yán)格的要求。

CAE模是如何建立的？建立CAD的外形模和分析數(shù)模需要的參考數(shù)據(jù)都由實驗組提供。這些包括前后懸的活動部件接頭點的空間3維坐標(biāo)、車的質(zhì)量及其分布、輪距、軸距、彈簧剛度、減振器的力與速度的關(guān)系、穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)剛度、輪胎性能和襯套性能。當(dāng)一切都具備時，即可在電腦上作K&C和整車性能仿真分析。這些電腦性能測試的結(jié)果要與先前針對競爭車在試驗臺上量取的K&C以及實車客觀評價的數(shù)據(jù)對比，以了解CAE工作是否已經(jīng)完善。另一方面，CAE工程師要配合底盤設(shè)計工程部開始針對目標(biāo)車進(jìn)行設(shè)計及用CAD/CAE建立K＆C和整車性能模擬來開發(fā)目標(biāo)車。



汽車底盤開發(fā)流程

建立底盤設(shè)計指標(biāo)相關(guān)的工作。指標(biāo)的參數(shù)包括K&C的及整車性能，通常有40～50個之多，這是提取競爭車數(shù)據(jù)后再斟酌調(diào)整決定的。除此之外，往往還需要掃描、拆解競爭車，并作車身剛度及模態(tài)測量以增加了解。

建立底盤設(shè)計CAD/CAE相關(guān)的工作。替競爭車作CAE模擬，完成后容易轉(zhuǎn)換作目標(biāo)車的CAE模擬。把目標(biāo)車K&C及整車性能模擬結(jié)果與一定的指標(biāo)相對比，可以了解目標(biāo)車改進(jìn)的方向.

樣車制造和測試。雖然是樣車，但部件尺寸和性能要求要嚴(yán)格，針對底盤性能的樣車至少有2輛。一旦有了樣車就可針對樣車作目標(biāo)車的實車K&C和整車性能測試，如果前期工作到位，則這個樣車測試的作用只在于驗證。

底盤部件的強(qiáng)度和耐久性。樣車測試不包括耐久性，量產(chǎn)的部件強(qiáng)度和疲勞壽命的設(shè)計開發(fā)需經(jīng)過零部件有限元結(jié)構(gòu)分析、零部件臺架測試、懸架臺架測試和試車場耐久性強(qiáng)化測試。

底盤調(diào)校。調(diào)校工作是因為底盤的組件多，生產(chǎn)品組裝與設(shè)計部件累積公差造成誤差，所以必須進(jìn)行調(diào)校。需要調(diào)校的部件包括前后穩(wěn)定桿的直徑大小、前后螺簧剛度、減振器阻尼及各處襯套的剛度等。調(diào)校工作由專家負(fù)責(zé)，根據(jù)主觀評價試車并更換上述零件，以對比選擇最優(yōu)的部件。目前很多企業(yè)的底盤調(diào)校并不是系統(tǒng)作業(yè)，筆者認(rèn)為這方面有待加強(qiáng)。