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，各個主機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)計平衡各個底盤性能指標(biāo)之間的矛盾，提升車輛的整體動態(tài)行駛品質(zhì)。針對底盤性能的設(shè)計開發(fā)和驗證，必不可少的出現(xiàn)在車輛開發(fā)的各個環(huán)節(jié)。在研發(fā)過程中如何進行底盤性能的設(shè)計與達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、詳細設(shè)計、試驗驗證各階段的工作內(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)計開發(fā)一款車型之前，會進行大量的調(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，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)成熟度等各個維度，對車輛的運動性能做出方向性確認：例如，是設(shè)計一款偏向于家用，舒適性較高的城市SUV；或是設(shè)計一輛偏向于年輕用戶，具備較強運動操控的轎跑。接著，會根據(jù)性能定位，來細化底盤性能水平，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)時間周期，成本等各個維度綜合考慮。

3.標(biāo)桿研究

標(biāo)桿研究主要是將對標(biāo)車及競品車進行研究，作為后期設(shè)計車輛的依據(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。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)主要運用的三個工具分別為：主觀評價、客觀測試及仿真分析。在標(biāo)桿研究及后續(xù)的各個階段，三者相互補充，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——“這車好不好，開了、坐了才知道”

底盤性能的主觀評價,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方法，是依據(jù)用戶的使用場景及車輛底盤動力學(xué)的特性，提煉出來的科學(xué)、實用的評價方法。

一套完整的底盤性能評價方法，通常包含了四級指標(biāo)。一級指標(biāo)包含操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向性能、平順性能、制動性能等。二級指標(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平順性、次級平順性等。以三級指標(biāo)初級平順性舉例，包含跳動位移、漂浮感、俯仰平衡、突兀感、頭部晃動等。

·  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。主要包含三個層級，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——“保駕護航”

仿真分析，主要在車型開發(fā)前期無實車階段，設(shè)計車輛的底盤性能，保證底盤布置設(shè)計的合理性及相關(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，會運用上述方法對對標(biāo)車進行主觀評價、客觀測試及搭建相應(yīng)的標(biāo)桿車動力學(xué)仿真模型，為后續(xù)目標(biāo)的設(shè)計和分解打好基礎(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。

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，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，其中主觀評價采用10分制，不同評價主體的評價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)工況和評價環(huán)境下進行相關(guān)的底盤性能主觀評價，結(jié)合項目開發(fā)級別的定義和關(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 底盤性能主觀評價十分制評分方法（SAE標(biāo)準）

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)逐級分解。將主觀目標(biāo)分解到整車客觀級，懸架、轉(zhuǎn)向、輪胎、制動等系統(tǒng)級別，再到硬點布置、彈性件特性曲線、零部件尺寸等各個零部件級別。

表1 客觀測試項目指標(biāo)分解

5.詳細設(shè)計階段

在底盤性能的詳細階段，主要是要對底盤零部件的布置位置、尺寸大小進行詳細的設(shè)計。期間，會根據(jù)前期的數(shù)據(jù)，進行精細化設(shè)計、優(yōu)化和迭代。同時，運用大量的CAE分析手段，對零部件的剛強度、疲勞耐久進行分析和優(yōu)化。最終落實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 底盤動力學(xué)仿真分析

在詳細設(shè)計階段，還會發(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)計驗證&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車的驗證階段。本階段會對樣車進行測試摸底，用于確認前期設(shè)計是否有偏差，車輛性能指標(biāo)是達成目標(biāo)。如出現(xiàn)較大差異，需要尋找原因，重新進行詳細設(shè)計。一般企業(yè)會提前制作“雜合車” 進行驗證及評價調(diào)校，以盡早驗證設(shè)計的有效性。之后，還會經(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)鍵零部件進行匹配和設(shè)計，找尋到一套最優(yōu)的方案，用于達成性能目標(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)向機及助力特性、減振器等。通過調(diào)校，會發(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、驗證的不斷迭代和反復(fù)，是一項復(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)。