工程技術(shù)解決方案之底盤性能開發(fā)（一）

底盤性能開發(fā)流程

1.引言

隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，用戶對汽車性能品質(zhì)要求的不斷提高，尤其是對駕駛和乘坐相關(guān)的底盤性能越發(fā)的關(guān)注，各個(gè)主機(jī)廠都在想盡各種辦法提升車輛的操作穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向性能、平順性能等底盤性能，并通過科學(xué)的設(shè)計(jì)平衡各個(gè)底盤性能指標(biāo)之間的矛盾，提升車輛的整體動(dòng)態(tài)行駛品質(zhì)。針對底盤性能的設(shè)計(jì)開發(fā)和驗(yàn)證，必不可少的出現(xiàn)在車輛開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在研發(fā)過程中如何進(jìn)行底盤性能的設(shè)計(jì)與達(dá)成是值得探討的重要課題。

底盤性能主要包含車輛的操縱穩(wěn)定性、平順性、轉(zhuǎn)向性能、制動(dòng)性能。和其密切相關(guān)的車輛系統(tǒng)主要是懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)。結(jié)合底盤性能開發(fā)的流程，如圖1所示，本文圍繞汽車產(chǎn)品研發(fā)過程中戰(zhàn)略分析、對標(biāo)分析、目標(biāo)設(shè)定、目標(biāo)分解、詳細(xì)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證各階段的工作內(nèi)容和要求，闡述底盤性能開發(fā)的設(shè)計(jì)與流程。

圖1 底盤性能開發(fā)流程

2.市場分析及性能定位

在設(shè)計(jì)開發(fā)一款車型之前，會(huì)進(jìn)行大量的調(diào)研和分析論證。通過市場聲音梳理和歸納，提取有用信息及用戶痛點(diǎn)，分析以往車型的優(yōu)勢和問題，指導(dǎo)研發(fā)車型的開發(fā)。底盤性能開發(fā)工程師會(huì)參與其中，依據(jù)用戶特征、市場訴求、戰(zhàn)略規(guī)劃、產(chǎn)品屬性、供應(yīng)商資源、技術(shù)成熟度等各個(gè)維度，對車輛的運(yùn)動(dòng)性能做出方向性確認(rèn)：例如，是設(shè)計(jì)一款偏向于家用，舒適性較高的城市SUV；或是設(shè)計(jì)一輛偏向于年輕用戶，具備較強(qiáng)運(yùn)動(dòng)操控的轎跑。接著，會(huì)根據(jù)性能定位，來細(xì)化底盤性能水平，比如車輛的操控要和某同類型的標(biāo)桿水平一致，車輛的舒適性能要優(yōu)于標(biāo)桿車水平。此外，需要協(xié)調(diào)底盤性能和其他性能板塊之間的關(guān)系，并依據(jù)時(shí)間周期，成本等各個(gè)維度綜合考慮。

3.標(biāo)桿研究

標(biāo)桿研究主要是將對標(biāo)車及競品車進(jìn)行研究，作為后期設(shè)計(jì)車輛的依據(jù)和參考。標(biāo)桿車可以是企業(yè)已研發(fā)的某些款車型，或是企業(yè)已上市的老款車型，亦或是現(xiàn)有底盤平臺(tái)。競品車以市場上其他企業(yè)及研發(fā)車輛上市后的主要競爭車輛為主。

底盤性能開發(fā)主要運(yùn)用的三個(gè)工具分別為：主觀評價(jià)、客觀測試及仿真分析。在標(biāo)桿研究及后續(xù)的各個(gè)階段，三者相互補(bǔ)充，相互配合，最終完成底盤性能的開發(fā)。

圖2 底盤性對標(biāo)的主要內(nèi)容

·  主觀評價(jià)——“這車好不好，開了、坐了才知道”

底盤性能的主觀評價(jià),是前期對標(biāo)及后期底盤調(diào)校最重要、最直接的手段。底盤性能的主觀評價(jià)方法，是依據(jù)用戶的使用場景及車輛底盤動(dòng)力學(xué)的特性，提煉出來的科學(xué)、實(shí)用的評價(jià)方法。

一套完整的底盤性能評價(jià)方法，通常包含了四級(jí)指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)包含操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向性能、平順性能、制動(dòng)性能等。二級(jí)指標(biāo)，以平順性為例，包含光滑路面的平順性、粗糙路面的平順性、離散路面的平順性。而光滑路面的平順性又分為初級(jí)平順性、次級(jí)平順性等。以三級(jí)指標(biāo)初級(jí)平順性舉例，包含跳動(dòng)位移、漂浮感、俯仰平衡、突兀感、頭部晃動(dòng)等。

·  客觀測試——“用數(shù)據(jù)說話”

客觀測試數(shù)據(jù)是底盤性能水平的主要表征手段。主要包含三個(gè)層級(jí)，整車測試、系統(tǒng)測試、零部件測試。整車客觀測試包含整車的操縱穩(wěn)定性測試、平順性測試、轉(zhuǎn)向性能測試、制動(dòng)性能測試等；系統(tǒng)測試最核心的是懸架的K&C測試；零部件測試包含底盤硬點(diǎn)的測試、襯套、緩沖塊、減振器、輪胎力學(xué)性能的測試等。

·  仿真分析——“保駕護(hù)航”

仿真分析，主要在車型開發(fā)前期無實(shí)車階段，設(shè)計(jì)車輛的底盤性能，保證底盤布置設(shè)計(jì)的合理性及相關(guān)零部件參數(shù)的最優(yōu)范圍。通過車輛的動(dòng)力性理論及相關(guān)的仿真軟件，完成整車操穩(wěn)、懸架K&C的仿真分析及優(yōu)化。

在標(biāo)桿研究階段，會(huì)運(yùn)用上述方法對對標(biāo)車進(jìn)行主觀評價(jià)、客觀測試及搭建相應(yīng)的標(biāo)桿車動(dòng)力學(xué)仿真模型，為后續(xù)目標(biāo)的設(shè)計(jì)和分解打好基礎(chǔ)。

圖3 底盤性能開發(fā)主要手段

4.底盤目標(biāo)設(shè)計(jì)及目標(biāo)分解

底盤性能目標(biāo)的設(shè)定，是基于對標(biāo)車及競品車的對標(biāo)測評結(jié)果，并結(jié)合企業(yè)長期積累的主客觀數(shù)據(jù)庫及開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

首先，通過對市場和客戶需求分析，開發(fā)部門轉(zhuǎn)化成工程語言，研究其性能指標(biāo)，通過對競品車輛的研究，結(jié)合自身車輛的概念設(shè)計(jì)，最終確定底盤性能目標(biāo)。目標(biāo)設(shè)定應(yīng)該是廣泛征求大家的意見，所制定的目標(biāo)要具有合理性和可執(zhí)行性，既不能過高，也不能過低，以平衡產(chǎn)品性能的競爭力和開發(fā)成本。

整車開發(fā)目標(biāo)內(nèi)容的制定需要既包括主觀評分目標(biāo)的制定，也包括客觀目標(biāo)值的制定，其中主觀評價(jià)采用10分制，不同評價(jià)主體的評價(jià)方法和評分原則描述如下圖4-5示例。通過對行業(yè)同類競爭車和標(biāo)桿車在對應(yīng)工況和評價(jià)環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)的底盤性能主觀評價(jià)，結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)級(jí)別的定義和關(guān)鍵底盤競爭力提升的決策，最終制定底盤主觀評分開發(fā)目標(biāo)。

圖4 底盤性能主觀評價(jià)十分制評分方法（SAE標(biāo)準(zhǔn)）

圖5 底盤性能主觀目標(biāo)設(shè)定示例

接著，需要將性能目標(biāo)逐級(jí)分解。將主觀目標(biāo)分解到整車客觀級(jí)，懸架、轉(zhuǎn)向、輪胎、制動(dòng)等系統(tǒng)級(jí)別，再到硬點(diǎn)布置、彈性件特性曲線、零部件尺寸等各個(gè)零部件級(jí)別。

表1 客觀測試項(xiàng)目指標(biāo)分解

5.詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

在底盤性能的詳細(xì)階段，主要是要對底盤零部件的布置位置、尺寸大小進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。期間，會(huì)根據(jù)前期的數(shù)據(jù)，進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化和迭代。同時(shí)，運(yùn)用大量的CAE分析手段，對零部件的剛強(qiáng)度、疲勞耐久進(jìn)行分析和優(yōu)化。最終落實(shí)到可工程化的圖紙上，作為后續(xù)生產(chǎn)制造的依據(jù)。

圖5 底盤動(dòng)力學(xué)仿真分析

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，還會(huì)發(fā)布底盤零部件的調(diào)校清單，如彈簧的剛度、穩(wěn)定桿的直徑、襯套的剛度等，用于后期的調(diào)校匹配工作。

6.設(shè)計(jì)驗(yàn)證&底盤調(diào)校階段

在樣車生產(chǎn)出來之后，就從虛擬分析階段到了實(shí)車的驗(yàn)證階段。本階段會(huì)對樣車進(jìn)行測試摸底，用于確認(rèn)前期設(shè)計(jì)是否有偏差，車輛性能指標(biāo)是達(dá)成目標(biāo)。如出現(xiàn)較大差異，需要尋找原因，重新進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。一般企業(yè)會(huì)提前制作“雜合車” 進(jìn)行驗(yàn)證及評價(jià)調(diào)校，以盡早驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性。之后，還會(huì)經(jīng)歷多輪次的工程樣車的反復(fù)迭代。

底盤調(diào)校，就是將底盤的關(guān)鍵零部件進(jìn)行匹配和設(shè)計(jì)，找尋到一套最優(yōu)的方案，用于達(dá)成性能目標(biāo)。底盤調(diào)校的主要零部件包含：彈簧、穩(wěn)定桿、襯套、緩沖塊、輪胎、轉(zhuǎn)向機(jī)及助力特性、減振器等。通過調(diào)校，會(huì)發(fā)布零部件的最終方案，用于生產(chǎn)制造、裝配最終的量產(chǎn)車。

7.結(jié)語

汽車底盤性能開發(fā)涉及到方案、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證的不斷迭代和反復(fù)，是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作。底盤性能開發(fā)流程作為一種成熟可靠的技術(shù)指南，已廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)品開發(fā)。