基于平臺化開發的懸架動力學分析

王光飛，王浩

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

引言

在當前汽車更新換代日益加速的背景下，如何在開發過程中使用相似的底盤和下車體，承載不同車型的開發及生產制造，獲得造型和功能不盡相同的產品受到了各大主機廠廣泛的關注。因此汽車平臺化﹑模塊化開發的運用，一方面可以有效降低技術中存在的問題，提高了產品的可靠性﹑降低了產品的故障率，另一方面，通過平臺化方案建立了統一的開發思路，進一步提高了產品開發效率﹑減少了開發需要的周期。平臺化戰略是產品集群化﹑系統化的高度集成，如何提高零部件的通用型，盡可能實現零部件的共享，結合客戶對產品不斷豐富多彩的市場需求，開發出具有差異化的車型，是當前需要克服的難題。懸架是連接車身（車架）和車輪（車軸）的彈性構件，是保證汽車的行駛舒適性和穩定性的關鍵。在汽車行駛過程中，懸架既能抵消減弱路面不平帶來的生硬沖擊，又能確保車身的橫向和縱向穩定性，使車輛在懸架設計的自由行程內時刻都可以保持一個較大范圍的動態可控姿態。因此，懸架是關系到車輛操控性和舒適性的重要組成部件之一。因此，如何盡可能使用統一的懸架結構，實現平臺內整車寬度的不同的差異化需求是當前平臺化中需要解決的關鍵問題。

本文基于平臺化開發方案過程中的輪距加大為出發點，通過建立懸架理論模型模擬變化情況，對比方案前后的性能特征，充分說明了平臺化方案中加長擺臂和轉向拉桿對懸架KC性能的影響，最后通過實驗驗證了建立模型的準確性及優化結果的可行性，后期的平臺化開發提供了指導作用。

1 模型建立

1.1 麥弗遜懸架數學模型

本文說明的平臺化基于麥弗遜式獨立懸架為例，為了說明空間拓撲關系如下圖1表示，圖中G為車輪中心點，H為車輪接地點， C為下擺臂球鉸點，D為懸架上端固定點球銷中心， A、B為下擺臂前、后兩鉸點， F為減震器軸線與車輪軸線交點， P為主銷軸線與車輪軸線在后視圖上的交點。D、M、A、B四點在運動過程中保持不變，其坐標可由設計圖紙確定，即D(xd，yd，zd)、M(xm，ym，zm)、A(xa，ya，za)、B(xb，yb，zb)、C點和 E 點的初始安裝位置可由設計圖紙確定為 C(xc0，yc0，zc0)、E(xe0，ye0，ze0)。

圖1 麥弗遜式獨立懸架空間拓撲圖

根據懸架各參數及輸入坐標即可獲取各點的運動軌跡，例如輪心C點坐標獲取方法如下：

軸線AB：

垂直AB 過點C 的平面方程為：

式中：

解方程(1)和(2)可得O(xO，yO，zO)的坐標

則懸架各參數獲得如下(為例)：

主銷后傾角

主銷內傾角

車輪外傾角

前輪前束量

1.2 方案說明

在底盤平臺化開發過程中，對于懸架結構需要盡可能保證通用，但是通過輪輞偏距的修改已經無法滿足差異較大的不同尺寸的輪距變化時，只能通過修改零部件結構實現。由于整車設計開發過程中對于整車姿態的需求，同時還要考慮輪心上下運動時對驅動軸布置的可行性，因此一般只能通過對下擺臂和轉向拉桿已經穩定桿在Y向的尺寸變化（即Y點坐標值的變化），減震器（含彈簧）也需要一并外移，只是位置移動不需要修改結構參數，另外還要考慮輪距加寬后更換大輪胎。如下圖2示意。

圖2 麥弗遜式獨立懸架加寬示意圖

1.3 硬點對比

根據提供的整車架構尺寸、各零部件硬點、根據數學理論可以計算出有影響的幾個關鍵參數變化情況，下表只給出有變化的幾個關鍵點的變化坐標值（因為只有Y向有變化，只列舉出Y坐標值），見表1。

表1

2 動力學分析

對該數學模型輸入輪心上下跳動量，進行雙輪同向跳動試驗。雙輪同向輪跳從-50～+50mm，針對變化的參數初步識別出可能有影響的性能指標，側傾 中心高度、輪距變化量、主銷后傾角、內傾角等均有變化，依次測取前束角和外傾角等變化曲線。

圖3 主銷后傾角變化值（o）

圖4 主銷內傾角變化值（o）

圖5 主銷后傾拖（mm）

圖6 主銷偏移距（mm）

圖7 側傾中心高度變化（mm）

圖8 總輪距變化（mm）

上圖中，虛線為加寬后的方案曲線，由上圖可得以下結論：（1）各參數均在變動要求范圍內。（2）后傾角和后傾拖距增加約 2%，提高了高速回正能力，但同時也會增加行駛過程側向隨機路面輸入對轉向系統的沖擊力，不過影響很小。（3）主銷內傾角和偏移距均有所降低，相對于加寬前會降低低速回正性能，但是由于后傾角較大影響基本可以忽略不計。（4）加寬前后對側傾中心高度和輪距基本沒影響。結合以上分析，可得知：通過上述方法實現平臺化方案對動力學性能影響很小，可以實現不同車型的尺寸需求。但是增加的零部件尺寸需要對強度進行校核確認，給平臺化提供了一定的方向。

3 試驗驗證

本文對開發階段試制階段的麥弗遜懸架進行測試，更換改制加長的擺臂和拉桿，本文所使用的JLU-I型整車單軸懸架 K&C特性參數試驗測試平臺是把整車的懸架性能道路試驗轉變為臺架試驗的一種技術裝備，它避免了實際懸架部件的拆卸，而將整車與臺架試驗條件有機結合起來，大大提高了試驗效率。試驗臺結構如下圖9所示。試驗使用在研車型。未能給出實圖。

圖9 圖JLU-I型整車單軸懸架測量實物

試驗獲得的數據對比如下表2：

表2

從上圖可發現，1.理論計算和試驗結果基本一致，不考慮曲線倆端時能完全反應試驗情況，說明了數學模型的準確性，為平臺化理論分析提供試驗支撐。

4 結論

本文提出了平臺化方案的變動情況，通過麥弗遜懸架為例建立了數學分析模型，通過初步識別的影響性能進行分析確認，結果表明變動前后對懸架動力學的影響比較小可以忽略不計，最后通過實驗證明了分析模型的準確性，為后期的平臺化提供了方向，但是由于平臺尺寸變動的比較小，不能完全說明尺寸變化較大時的性能情況，還需要進一步的研究。