單體車懸架性能設計研究

孫福祿，隋延奇，吳成偉

單體車懸架性能設計研究

孫福祿1，隋延奇2，吳成偉1

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336；2.浙江吉利新能源商用車集團有限公司，浙江 杭州 311228）

隨著汽車工業的不斷發展，人們越來越關注車輛的輕便性、實用性，從而產生了單體車的概念。文章基于單體車的設計理念，對單體車的底盤進行設計優化，主要對懸架系統的結構設計及性能優化進行闡述。基于初始設定的懸架結構和參數，利用ADAMS/CAR模塊建立懸架模型，對初始的懸架結構和硬點參數進行設計優化分析。通過仿真分析，明確優化的參數，主要通過優化性能件參數以及硬點來實現。對仿真優化后的方案，建立CARSIM模型，對整車性能進行仿真分析，分析查看整車的性能，最終形成單體車的最優方案。同時，在分析過程中，總結分析優化方法，為后續分析提供實例基礎。

單體車；硬點；K&C性能；仿真分析

1 單體車設計理念

隨著汽車工業的發展，家庭用車的普及，出現了城市污染、交通擁堵、停車位一位難求等現象。單體車以其小巧的外形，輕便的出行方式，節能減排式的電動車方式應運而生。單體車車體小（具體尺寸見表1），不懼交通擁堵，可自由穿行；同時可進出電梯、房間，停放在客廳、廚房等各處，在家中或其他各處隨時隨地進行充電，方便快捷。

單體車設計本著安全第一的設計原則，通過后輪距的自由調節，來保證車輛行駛穩定性及行車安全。整車主體采用碳纖維、鋁鎂合金等實現輕量化。單體車及時尚外形和時尚科技于一體，前部儀表采用可移動觸控屏幕，可上網、視頻、通訊等，方向盤考慮立體式，集成更多功能。內飾方面，實用舒適，采用豪華內飾，舒適性佳。人機方面SUV坐姿，肘部以上空間充裕。

采用半導體式空調，節能高效。整車無高速路況，底盤結構簡單，尤其懸架系統設計簡單，座椅可布置在車身上。車高折疊，車身可在高度上收縮，進而降低車高，方便進出電梯及家庭。隔音降噪方面，采用哈曼音響系統的噪聲抑制/衰減系統，減少隔音棉的使用。

2 單體車懸架結構設計

2.1 單體車結構設計

根據單體車的設計理念和定義，單體車的懸架系統結構設計要求簡單，在保證操穩性能的同時，要有一定的舒適性。在安全第一的設計原則下，保證整車穩定性使后懸架為輪距可調試式。在此，單體車的前懸架為雙叉臂，后懸架為改型多連桿。

表1 單體車基本參數

圖2 后懸架ADAMS模型

單體車整車基本參數如表1所示。根據懸架結構形式提取各硬點參數。由前后懸架硬點、襯套、彈簧等性能件參數建立ADAMS模型[1]，具體如圖1-2所示。

2.2 單體車結構性能優化

對已有單體車前、后懸架模型進行K&C性能仿真分析，具體K&C性能參數見表2、表3。

通過分析可知，前懸架K&C參數中前束、外傾變化需進行優化設計。通過優化設計具體見表2中方案一參數。

原始硬點中側傾轉向系數為53.72%，偏大；優化后方案一中為11.95，合理。

原始版硬點中前束隨輪跳的變化率為-0.106，變化率稍有偏大，變化趨勢為toe out，設計合理；優化后方案一中前束隨輪跳變化率-0.0029，變化趨勢為 toe out，設計合理可接受。

原始版硬點外傾隨輪跳的變化率為-0.115，變化趨勢為up in，設計合理；上跳40mm后外傾隨輪跳變化率-0.16，變化趨勢為up in，設計合理可接受。

原始版硬點前束隨側向力的變化率為-1.19E-4deg/N,變化趨勢為toe out，設計合理；上跳40mm后前束隨側向力的變化率為-1.85E-4deg/N，變化趨勢為toe out，設計合理可接受。

表2 前懸架K&C性能優化前后

后懸架在設計過程中為方便生產制造，將原始方案的懸架結構進行簡化，同時由于后輪驅動電機的布置需求，將擺臂單邊縮短了60mm，得到方案一。通過對方案一的分析，為了獲得更好的性能，對后懸硬點做了調整，主要為后懸架上擺臂內點加長50mm，優化得到方案二，方案一和方案二的具體K&C性能見表3。通過對比分析發現，后懸架方案二K&C特性結果優于原始方案和方案一，建議采用方案二硬點做后續分析。

表3 后懸架K&C性能優化前后

圖3和表4為后懸架方案二的懸架剛度曲線及曲線點分析。通過圖3可以看出懸架剛度曲線平滑，在緩沖塊接觸點并無突出拐點。表4數據為圖3的詳細說明。

表4 后懸架剛度曲線點分析

3 整車性能分析

根據前后懸架ADAMS模型，輸出性能參數建立單體車CARSIM模型（如圖4所示）。

圖4 單體車CARSIM模型

對單體車進行整車角階躍、角脈沖、雙移線性能仿真分析，具體對比分析結果[2-3]見表5。方案二中車輛的穩定性較方案一稍差，瞬時轉向時，側傾較大。整車性能整體差強人意，瞬時小幅轉向性能可接受，如角脈沖、角階躍等。

對于單體車最高車速55km/h可接受，建議常用車速低于50km/h。實車中需降低該車的質心位置，建議小于300mm，否則轉彎或變道中有翻車風險[4]。

表5 整車性能分析

4 結論

為解決城市污染、交通擁堵、停車位緊張等現象應運而生的體積小、不懼擁堵、自由穿行的單體車，構思輕巧，富于創新。

該車型中懸架結構的設計處于嘗試階段，性能分析供參考使用。初步采用本文中前懸架方案一結構和后懸架方案二結構進行實車試制。建議對試制后實車進行性能試驗驗證，后續對各性能指標進行修訂完善。

[1] 陳立平,張云清,任衛群,等.機械系統動力學分析及ADAMS應用教程[M].北京:清華大學出版社,2005.

[2] Carsim Help, Carsim Quick start Guide [Z], 2008.

[3] 郭孔輝.汽車操縱動力學[M].吉林:吉林科學技術出版社,1991.

[4] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,1989.

Design on Suspension Performance of the Single Car

Sun Fulu1, Sui Yanqi2, Wu Chengwei1

2.Zhejiang Geely New Energy Commercial Vehicle Group Co. Ltd. Zhejiang Hangzhou 311228 )

With the continuous development of the automotive industry, people are increasingly concerned about the vehicle's lightweight, practical, resulting in the concept of a single car. Based on the design concept of the single car, single car chassis design optimization, elaborate design optimization of structural design and performance of the suspension system.ADAMS/CAR models based on the structure and parameters of the initial setup of the suspension, the establishment of the suspension model to optimize the design of the structure of the initial suspension and hard point parameters. Clear parameters to be optimized by simulation analysis, optimization of parameters by optimizing the parameters and the hard point of performance pieces to achieve. Vehicle performance optimized hard establish CARSIM model, simulation analysis, analysis view vehicle performance, and ultimately the optimal solution of a single car. And in the analysis process, the formation of effective optimization methods, and provide examples of the basis for the subsequent analysis.

Single car; Hard point; K&C performance; Simulation analysis

U463.33

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1671-7988(2019)24-124-03

U463.33

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.040

孫福祿，就職于浙江吉利汽車研究院有限公司。