某A00級(jí)新能源車底盤調(diào)校過程及底盤性能優(yōu)化

李航 錢宇 韋宏法 楊春艷

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

在全球汽車新能源化的大趨勢(shì)下，我國(guó)開始了大規(guī)模的新能源車的研發(fā)與制造潮流。上汽通用五菱也緊跟潮流，及時(shí)布局新能源汽車，經(jīng)過針對(duì)性中國(guó)國(guó)情的車輛使用環(huán)境研究分析，決定開發(fā)一款A(yù)00級(jí)短軸距兩門四座新能源車，開辟一個(gè)新的細(xì)分市場(chǎng)，占領(lǐng)新能源車的先機(jī)。

確定車型定位后，工程團(tuán)隊(duì)開始緊鑼密鼓的進(jìn)行車型的開發(fā)工作，其中包括底盤架構(gòu)的開發(fā)，經(jīng)過成本、布置、可靠性等分析研究后，決定采用前Y型臂麥弗遜式后三連桿式懸架形式，驅(qū)動(dòng)形式采用后置后驅(qū)。底盤架構(gòu)確定后，就需要開始針對(duì)這套底盤架構(gòu)進(jìn)行底盤性能調(diào)校。本篇論文重點(diǎn)闡述該車型底盤調(diào)校中遇到的問題及解決方案。

2 底盤調(diào)校步驟

2.1 主觀評(píng)價(jià)

底盤調(diào)校開始之前，會(huì)對(duì)車輛進(jìn)行全面的主觀評(píng)價(jià)工作，其中包括車輛的舒適性能、操控性能、轉(zhuǎn)向性能，主要作用是發(fā)現(xiàn)車輛在底盤性能方面存在的問題，并通過針對(duì)性的改進(jìn)優(yōu)化，最終全面提升車輛的底盤綜合性能，達(dá)到項(xiàng)目初期的既定目標(biāo)。

評(píng)價(jià)項(xiàng)如下：

舒適性能 操穩(wěn)性能 轉(zhuǎn)向性能平滑路面 粗糙路面 穩(wěn)態(tài) 側(cè)傾控制 中位轉(zhuǎn)向 非中位轉(zhuǎn)向一階舒適性 一階舒適性 不足度 側(cè)傾阻尼 響應(yīng)總體評(píng)分 響應(yīng)總體評(píng)分運(yùn)動(dòng)幅度 運(yùn)動(dòng)幅度 彎道加油 側(cè)傾角度 響應(yīng)速度 響應(yīng)速度俯仰 俯仰 彎道制動(dòng) 側(cè)傾恢復(fù) 增益 增益突兀感 突兀感 抓地力 直行能力 死區(qū) 線性度頭部搖晃 頭部搖晃 非穩(wěn)態(tài) 扭矩轉(zhuǎn)向 線性度 手感總體評(píng)分二階舒適性 二階舒適性 單移線 車轍敏感性 手感總體評(píng)分 轉(zhuǎn)向力矩跳動(dòng) 跳動(dòng) 蛇形繞樁 橫風(fēng)穩(wěn)定性 建立感 力建立感振動(dòng) 振動(dòng) 雙移線 粗糙路面直行能力 死區(qū) 力線性度方向盤振動(dòng) 方向盤振動(dòng) 后軸跟隨性 光滑路面直行能力 摩擦感 摩擦感滾動(dòng)舒適性 滾動(dòng)舒適性 可控性 阻尼感（彈性感） 阻尼感

2.2 硬點(diǎn)調(diào)校

硬點(diǎn)直接影響底盤K特性，改變硬點(diǎn)的位置，可以改變底盤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而改變底盤的動(dòng)力學(xué)特性，可以使車輛呈現(xiàn)出截然不同的特性，比如轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向不足等特性。

比較關(guān)鍵的幾個(gè)硬點(diǎn)位置為：轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)外安裝點(diǎn)、下擺臂球頭安裝點(diǎn)、扭梁安裝點(diǎn)、減振器上下安裝點(diǎn)等。

2.3 彈簧調(diào)校

彈簧在車輛底盤中起著重要的作用，在結(jié)構(gòu)上負(fù)責(zé)支撐起整個(gè)車身的重要零件，彈簧的長(zhǎng)度影響著整車姿態(tài)與離地間隙，彈簧的剛度影響著底盤動(dòng)態(tài)性能。在車輛底盤開發(fā)過程中，底盤布置與動(dòng)力學(xué)小組會(huì)根據(jù)整車重量，離地間隙要求，車身姿態(tài)角，整車偏頻來設(shè)計(jì)彈簧的參數(shù)，以此為基礎(chǔ)，底盤調(diào)校工程師會(huì)通過實(shí)際駕駛車輛并主觀評(píng)價(jià)來調(diào)整彈簧的剛度參數(shù)，從而使車輛底盤動(dòng)態(tài)性能達(dá)到平衡。

2.4 穩(wěn)定桿調(diào)校

穩(wěn)定桿對(duì)于車輛底盤操控性能影響很大，對(duì)于車輛側(cè)傾剛度影響明顯，從而對(duì)于車輛的側(cè)傾角度，轉(zhuǎn)向響應(yīng)有較大影響，但同時(shí)，穩(wěn)定桿也會(huì)對(duì)于底盤舒適性有一定影響，比如車輛在顛簸路面行駛時(shí)，穩(wěn)定桿會(huì)加大左右車輪間的聯(lián)系，從而降低車輛行駛在顛簸路面的舒適性。

2.5 襯套調(diào)校

襯套直接影響底盤C特性，襯套的結(jié)構(gòu)、橡膠硬度、各個(gè)方向的靜剛度、動(dòng)剛度綜合影響車輛的C特性，對(duì)于底盤的操控穩(wěn)定性和舒適性都有較大影響。

2.6 減振器調(diào)校

減振器是懸架結(jié)構(gòu)里重要的一個(gè)零部件，減振器具有阻尼特性，可以減少?gòu)椈傻葟椥栽淼耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，使車輛行駛更加平穩(wěn)；同時(shí)因?yàn)闇p振器的阻尼隨減振器工作速度增加而增大的特性，可以瞬態(tài)增強(qiáng)懸架剛度，減弱懸架壓縮到極限位置撞擊緩沖塊的能量，使車輛遇到大型沖擊時(shí)更加具有保護(hù)感，更加具有柔和隔振感。

減振器的阻尼特性，可以使前后懸架的垂向運(yùn)動(dòng)更加收斂，提升車輛一階運(yùn)動(dòng)控制能力，減少車輛俯仰、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。合適的阻尼也可以提升車輛駕駛感受，改善車輛響應(yīng)速度，改善后軸跟隨性，改善車輛操控性。

2.7 緩沖塊調(diào)校

緩沖塊最基本的作用是限位，防止懸架壓縮到極限狀態(tài)時(shí)對(duì)減振器等零件造成損壞。其次，緩沖塊還可以作為副簧使用，提供一定的懸架剛度，使懸架在壓縮過程具有更強(qiáng)并且更加合適的懸架剛度。

3 調(diào)校車輛初評(píng)

經(jīng)過對(duì)該車輛底盤性能全面的主觀評(píng)價(jià)之后,發(fā)現(xiàn)了該車輛存在的幾點(diǎn)問題,下面就詳細(xì)表述一下該車輛存在的問題。

3.1 轉(zhuǎn)向響應(yīng)過快

中位響應(yīng)較快，車頭擺動(dòng)過快，導(dǎo)致車輛行駛時(shí)安全感不足。

轉(zhuǎn)向線性度差，轉(zhuǎn)向增益明顯，持續(xù)轉(zhuǎn)彎時(shí)增益會(huì)給駕駛員造成車輛向內(nèi)卷的感覺，引起駕駛者對(duì)于車輛不安全的評(píng)價(jià)。

3.2 轉(zhuǎn)向不足度偏小

為提升該車輛的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，優(yōu)化整車成本，該車型前懸架設(shè)計(jì)為無前穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)。經(jīng)過主觀評(píng)價(jià)后，認(rèn)為該車的整車轉(zhuǎn)向不足度偏小，車輛在持持續(xù)轉(zhuǎn)彎過程中，車輛穩(wěn)定性較差，后軸相對(duì)容易甩出。經(jīng)過仿真計(jì)算得出該車的轉(zhuǎn)向不足度為4.18°/g，一般轎車的不足度為3°/g-6°/g，看得出來，該車的整車不足度也是滿足一般車型的范圍的，但由于該車型軸距相比一般轎車短很多，僅為1940mm，輪距也小很多，僅為1290mm，并且前懸架沒有穩(wěn)定桿，造成了車輛主觀評(píng)價(jià)認(rèn)為整車不足度偏小的感覺，由此可見，A00級(jí)小車的設(shè)計(jì)不一定符合一般轎車的設(shè)計(jì)規(guī)律。

3.3 操控穩(wěn)定性差

在主觀評(píng)價(jià)過程中，發(fā)現(xiàn)車輛在轉(zhuǎn)彎和激烈操控時(shí)側(cè)傾角度過大，側(cè)傾支撐感不足，側(cè)傾過程較快，缺少支撐和阻尼感，造成車輛駕駛安全感不足。初步分析是由于穩(wěn)定桿的取消，車輛側(cè)傾角剛度下降，車輛抗側(cè)傾能力變差，導(dǎo)致車輛側(cè)傾角度過大，操控穩(wěn)定性也隨之下降。在后續(xù)的底盤調(diào)校過程中需要重點(diǎn)提升操控穩(wěn)定性以保證車輛行駛安全。

3.4 底盤舒適性差

在主觀評(píng)價(jià)過程中，發(fā)現(xiàn)車輛行駛在不平路面時(shí)車身的俯仰運(yùn)動(dòng)偏多，俗稱騎馬感。在粗糙路面行駛時(shí)，車輛對(duì)于路面的隔振感較差，路感較強(qiáng)。行駛過水泥道路裂縫和破損瀝青路面時(shí)，感覺底盤對(duì)于沖擊的能量吸收不好，沖擊感受較直接，能量較強(qiáng)。車輛經(jīng)過減速帶工況是，后排成員感覺會(huì)被拋起和拉扯的感覺，造成車內(nèi)人員容易被安全帶勒的不舒服。初步判斷底盤舒適性差是因?yàn)榍昂髴覄偠绕ヅ洳缓侠恚瑴p振器阻尼力不合理導(dǎo)致，其中后懸沖擊硬跟三連桿的先天結(jié)構(gòu)相關(guān)，三連桿的結(jié)構(gòu)在車輪受到縱向（車的前后方向）和垂向沖擊時(shí)，輪胎連接懸架的運(yùn)動(dòng)方向是向車頭方向畫弧形，可以理解為車輛后輪收到?jīng)_擊時(shí)輪胎是不會(huì)順著沖擊方向避讓的，而是與沖擊方向相反，相當(dāng)于是輪胎與沖擊硬碰硬，自然導(dǎo)致沖擊偏硬。但這樣設(shè)計(jì)原因也是為了保證車輛后懸有一定的不足度，提升車輛安全感。在后續(xù)的底盤調(diào)校過程中，會(huì)關(guān)注這一點(diǎn)，盡量柔化沖擊感受，提升底盤舒適性能。

4 底盤性能優(yōu)化及調(diào)校過程

底盤性能的優(yōu)化是綜合性的，是一個(gè)平衡的過程，舒適性和操控性是矛盾的，相互影響的，所以在調(diào)校的過程中需要全面的考慮，再后續(xù)的論述中也會(huì)提及這種矛盾性。

4.1 轉(zhuǎn)向響應(yīng)優(yōu)化

想要優(yōu)化轉(zhuǎn)向響應(yīng)，可以從兩方面優(yōu)化，一個(gè)是力的傳遞過程，一個(gè)是K特性，下面我們分開來說：

4.1.1 力的傳遞路徑如下

通過下圖可以看出，側(cè)向力的建立速度可以改變轉(zhuǎn)向響應(yīng)的速度，其中影響較明顯的零部件是擺臂襯套、減振器TOPMOUNT、輪胎。如果想要降低車輛轉(zhuǎn)向響應(yīng)的速度，就需要從上述三個(gè)橡膠件的硬度和剛度上進(jìn)行優(yōu)化。

a)擺臂襯套：

擺臂襯套的剛度我們由70HS降為65HS，減小襯套的硬度，可以減小襯套的徑向剛度，從而減緩側(cè)向力的建立速度，達(dá)到降低轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度的目的。通過主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)證，車輛中位響應(yīng)速度降低，但對(duì)于該A00級(jí)小車來說，還是偏快。

b)減振器topmount：

減振器topmount硬度為55HS，降低到50HS，進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，車輛轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度進(jìn)一步減慢，但是由于硬度太小，零部件工程師經(jīng)過分析后認(rèn)為，50HS的硬度耐久風(fēng)險(xiǎn)較高，不建議使用，所以該方案并未實(shí)施。

c)輪胎：

輪胎是唯一與地面接觸的零件，也是與地面建立側(cè)向力的重要零件，所以輪胎對(duì)于操控和舒適性的關(guān)系是最緊密的。在輪胎調(diào)校的過程中，一定要權(quán)衡車輛的操控性和舒適性。最終經(jīng)過3輪的輪胎調(diào)校，我們最終選定了一組輪胎，這組輪胎可以很好的平衡操控性和舒適性。現(xiàn)在車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)已基本可以接受，底盤的舒適性也有所提升。

4.1.2 K特性

轉(zhuǎn)向過程完成力的傳遞之后，車輛開始轉(zhuǎn)向，此時(shí)車輛開始發(fā)生側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，K特性中的側(cè)傾轉(zhuǎn)向就開始起作用了。可以通過改變K特性中的側(cè)傾轉(zhuǎn)向趨勢(shì)來改變車輛的轉(zhuǎn)向特性。

在本文的車輛上，我們通過改變轉(zhuǎn)向器內(nèi)外點(diǎn)高低差，來改變K特性中的束角變化率，也就是輪胎上下跳過程中束角的變化量，從而改變車輛的響應(yīng)速度和響應(yīng)線性度。我們?cè)O(shè)計(jì)了5組硬點(diǎn)改制的調(diào)校方案，每一組方案都經(jīng)過實(shí)車主觀評(píng)價(jià)之后，方案3的車輛轉(zhuǎn)向速度和轉(zhuǎn)向線性度最好，最終鎖定方案3為正式方案。

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果見下表：

方案 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果方案1：轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)點(diǎn)+Z移動(dòng)1mm轉(zhuǎn)向響應(yīng)較快，轉(zhuǎn)向感受不線性方案2：轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)點(diǎn)+Z移動(dòng)2mm轉(zhuǎn)向響應(yīng)較快，轉(zhuǎn)向感受不線性方案3：轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)點(diǎn)+Z移動(dòng)3mm轉(zhuǎn)向響應(yīng)合適，轉(zhuǎn)向線性度好，整體轉(zhuǎn)彎性能提高方案4：轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)點(diǎn)+Z移動(dòng)4mm中位轉(zhuǎn)向響應(yīng)較慢，車頭指向不清晰方案5：轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)點(diǎn)+Z移動(dòng)5mm中位轉(zhuǎn)向響應(yīng)較慢，車頭指向不清晰

4.2 轉(zhuǎn)向不足度優(yōu)化

4.2.1 根據(jù)4.1.2所述，在提升車輛轉(zhuǎn)向響應(yīng)的同時(shí)，也可以提升整車的轉(zhuǎn)向不足度，使車輛轉(zhuǎn)彎行駛的穩(wěn)定性得到提升，整車駕駛安全性得到提升。

4.2.2 由于取消穩(wěn)定桿后，前懸側(cè)傾角剛度變小，質(zhì)量轉(zhuǎn)移變小，前輪的側(cè)偏角變小，導(dǎo)致前后輪的側(cè)偏角差值變小，所以導(dǎo)致整車不足減小。因此我們可以通過提升前懸側(cè)傾角剛度來提升前懸不足度，前緩沖塊增長(zhǎng)，使車輛側(cè)傾過程中緩沖塊相較之前提前接觸，可以提升懸架剛度，從而提升前懸架的不足度。根據(jù)以上理論分析，我們進(jìn)行了彈簧和前緩沖塊的調(diào)校。彈簧剛度由13N/mm提升到14N/mm，前緩沖塊由60mm提升到68mm。彈簧和前緩沖塊的提升是經(jīng)過了多輪權(quán)衡后的結(jié)果，因?yàn)閺椈蓜偠冗^大，會(huì)引起舒適性變差，車身俯仰變多，前緩沖塊過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致車輛沖擊能量變強(qiáng)，沖擊感受變差。

經(jīng)過以上調(diào)校后，經(jīng)主觀評(píng)價(jià)后認(rèn)為該整車不足度狀態(tài)可以接受。

4.3 操控穩(wěn)定性優(yōu)化

經(jīng)過上述4.1和4.2的調(diào)校后，車輛的操控穩(wěn)定性已有較大提升，此時(shí)的工作重點(diǎn)是整車的舒適性優(yōu)化，因?yàn)榻?jīng)過上述調(diào)校之后，車輛的舒適性收到影響，整車表現(xiàn)為車身俯仰運(yùn)動(dòng)較多，車輛行駛在粗糙路面時(shí)感覺較松散，一體感不好，后懸的沖擊感受較硬。

4.4 底盤舒適性優(yōu)化

4.4.1 后縱臂前點(diǎn)位置優(yōu)化

后縱臂前點(diǎn)硬點(diǎn)位置向車輛+Z方向移動(dòng)15mm，這樣可以提升后懸應(yīng)對(duì)縱向沖擊時(shí)的避讓性，但是同時(shí)會(huì)減小后懸的不足度從而影響整車的不足度。該方案經(jīng)過主觀評(píng)價(jià)后，認(rèn)為后懸沖擊硬的問題得到一些改善，并且對(duì)于整車轉(zhuǎn)向不足度的影響較小，綜合評(píng)估認(rèn)該方案可以接受。

4.4.2 減振器優(yōu)化

減振器可以在瞬間提升懸架的剛度，有利于車身運(yùn)動(dòng)控制和操穩(wěn)性能的提升；同時(shí)也可以弱化彈簧壓縮后的釋放能量，減少懸架的運(yùn)動(dòng)頻率，減小懸架往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶來的車身振動(dòng)。經(jīng)過多輪的減振器調(diào)校，最終鎖定的阻尼力如下圖所示。

前減振器阻尼力：

后減振器阻尼力：

5 結(jié)語(yǔ)

短軸距的新能源車開辟了一個(gè)全新的細(xì)分市場(chǎng)，并且這種車型在調(diào)校的過程中與傳統(tǒng)軸距的車型調(diào)校方法有所不同，以往的一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)也無法參考，但通過這個(gè)車型的調(diào)校，我們也建立起了類似車型的底盤調(diào)校工作方法，為后續(xù)開發(fā)類似車型積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。