K&C試驗臺——底盤性能開發(fā)利器

2018-04-03 15:22:25· 來源：中國汽研

在談及汽車底盤性能時，人們常常提到“操控好不好”，“轉(zhuǎn)向精確與否”，“車輛穩(wěn)不穩(wěn)定”，“舒適與否”之類的評價。那么在底盤性能開發(fā)中，是什么決定了底盤性能的好壞，好與不好這個主觀評定是不是有客觀的數(shù)據(jù)支撐？具體的數(shù)據(jù)是怎么應(yīng)用到底盤性能開發(fā)的？以上的問題都離不開底盤開發(fā)中應(yīng)用的一個利器，讓我們跟隨它來揭示底盤性能開發(fā)背后的秘密。

概念

在認(rèn)識這個利器之前，讓我們先了解一下什么是車輛控制系統(tǒng)，車輛控制系統(tǒng)有什么用？
簡單而言，車輛控制系統(tǒng)是指車輛在接受駕駛員轉(zhuǎn)向、加速、制動等操縱指令后，車輛進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)和控制的系統(tǒng)。在車輛行駛過程中，車輛會受到由路面和車輛行駛狀態(tài)產(chǎn)生的縱向、側(cè)向、垂向的力，這些力通過輪胎和懸架傳遞到車身，對車輛的操控進(jìn)行影響，他們會造成車輛側(cè)傾、俯仰、轉(zhuǎn)向不準(zhǔn)確（跑偏）、顛簸和抖動，直接影響車輛操控性、穩(wěn)定性和舒適性。

而車輛控制系統(tǒng)中最重要，對車輛的行駛產(chǎn)生影響最大的就是懸架系統(tǒng)的調(diào)校，如何控制縱向、側(cè)向和垂向的力和相應(yīng)方向的運動，是底盤調(diào)校和懸架系統(tǒng)調(diào)校的關(guān)鍵。

說起懸架系統(tǒng)調(diào)校，就離不開汽車懸架系統(tǒng)的K&C特性。

K，是英文Kinematic的簡寫，是指懸架的理想化運動規(guī)律。車輛在行進(jìn)過程中，遇到凹凸路面時或者車輛轉(zhuǎn)彎時，車輪會產(chǎn)生上下跳動和側(cè)傾，總結(jié)起來就是車輪上下跳動過程中體現(xiàn)出來的特性。C，是英文Compliance的簡寫，是指懸架中的柔性特性。在車輛行進(jìn)過程中，車輛懸架的連接件（如橡膠襯套）在外力的作用下會產(chǎn)生變形，而這些變形會導(dǎo)致懸架機(jī)構(gòu)的構(gòu)型變化，從而影響整車操穩(wěn)性能，總結(jié)起來就是柔性變形產(chǎn)生的特性。

K&C特性也是連接整車與零部件之間的橋梁。從系統(tǒng)級解釋了為什么整車駕駛感受好或者壞，也從系統(tǒng)級描述了如擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、橡膠襯套各個懸架零部件組合在一起時的系統(tǒng)表現(xiàn)。當(dāng)然，有了這個橋梁也使得工程技術(shù)人員在開發(fā)及調(diào)校車輛底盤時效率更高了。

K&C試驗的目的

當(dāng)車輛在路面運動時（如上圖），車輛會受到縱向的加速力（加速或減速），車輛轉(zhuǎn)彎時由于離心力對懸架產(chǎn)生的側(cè)向力，以及路面的不平整對懸架產(chǎn)生的垂向力，這些力產(chǎn)生的合加速度對車輛在路面的實際表現(xiàn)產(chǎn)生著至關(guān)重要的影響。那么了解車輛及懸架在車輛在道路上的受力及位移，便是底盤性能調(diào)校的依據(jù)和關(guān)鍵因素，這也是K&C試驗的目的。

通過將車輛置于K&C試驗臺，對輪胎或底盤緩慢的施加力或位移，模擬車輛在路面行駛時的懸架變化情況，來測量關(guān)鍵的力、力矩，懸架和底盤的位置變化等。

K&C試驗的運用

車輛開發(fā)中K&C測試驗證

上圖為某車型在開發(fā)過程中K&C懸架剛度測試結(jié)果。通過對開發(fā)車輛的K&C測試數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)在剛度曲線中由緩沖塊影響的非線性區(qū)域，剛度變化不線性、懸架摩擦力、緩沖塊接觸位置、剛度和懸架下跳行程方面存在缺陷并在主觀駕駛中體現(xiàn)出來，隨后對其進(jìn)行優(yōu)化，從而優(yōu)化操控及乘坐舒適性性能。當(dāng)然上述案例僅僅只是上百項K&C測試結(jié)果中的一項，完整的K&C測試能全面的測試出開發(fā)車型的K&C特性，驗證它是否與設(shè)計一致，是否合理，是否存在問題。

對標(biāo)測試

對標(biāo)是汽車整車開發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過對標(biāo)桿車型進(jìn)行K&C試驗，獲取K&C特性數(shù)據(jù)。可深度剖析標(biāo)桿車在操控性和乘坐舒適性方面為什么好，或者為什么壞。從而知道開發(fā)的車型需要在哪些方面需要提升，哪些問題需要規(guī)避。進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，贏得市場的認(rèn)可。

量產(chǎn)車測試

通過對量產(chǎn)樣車的K&C性能測試，得到量產(chǎn)車K&C值，與設(shè)計要求的數(shù)值對比，了解制造誤差，并檢查量產(chǎn)車一致性，從而提升產(chǎn)品的制造精度。

CAE仿真分析

CAE仿真是現(xiàn)代汽車設(shè)計中不可或缺的現(xiàn)代工具，為汽車的設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量、壽命、性能和成本方面發(fā)揮著不可替代的作用。通過K&C試驗結(jié)果與仿真結(jié)果的對比，可以有效的驗證模型的準(zhǔn)確性；另一方面，K&C試驗數(shù)據(jù)結(jié)果可以輸出為Carsim模型格式，從而快速建立整車仿真模型，為車輛的性能分析和改進(jìn)提供了有效快捷的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

典型K&C試驗臺

典型K&C試驗臺簡介
在全世界范圍內(nèi)，有兩個比較著名的K&C試驗設(shè)備供應(yīng)商， MTS公司的K&C試驗臺（Suspension Kinematics and Compliance Measurenment）和英國ABD公司的SPMM（Suspension Parameters Measuring Machine）。

MTS
Suspension Kinematics and Compliance Measurenment

ABD
SPMM－Suspension Parameters Measuring Machine

K&C試驗臺加載方式
當(dāng)車輛在路面上過彎或者減速、加速過程中的實際表現(xiàn)為地面不動車身隨之垂向跳動、側(cè)傾、俯仰和橫擺等運動，如下圖。

為了在臺架上模擬車身這些運動形式，現(xiàn)在的K&C試驗臺主要存在兩種加載方式。一種是固定車身，車輪平臺運動。另一種則是固定車輪平臺車身運動。兩種加載方式如下：
車輪平臺運動液壓加載

車輪平臺運動加載方式的特點：
○ 車身不動，車輪隨著車輪平臺運動模擬側(cè)傾及俯仰
○ 側(cè)傾及俯仰時存在輪距、軸距、主銷偏置距與實際的誤差修正
○ 液壓系統(tǒng)控制可能存在液壓脈沖誤差

車身平臺運動電機(jī)加載

車身平臺運動加載方式的特點：
○ 4個車輪平臺不動，車身運動。側(cè)傾及俯仰時與實際路面狀況相同
○ 地面水平無重力誤差
○ 車輪測量系統(tǒng)無需車輪位移補償
○ 電機(jī)控制無液壓脈沖誤差

中國汽研K&C試驗臺簡介
中國汽研K&C試驗臺概述

中國汽研懸架K&C試驗臺是由英國ABD公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)雙軸懸架參數(shù)測量試驗臺SPMM 5000。該設(shè)備用于測量車輛在準(zhǔn)靜態(tài)下的懸架運動性和柔性（K&C）特性，另外該設(shè)備MIMS系統(tǒng)還能夠精確測量整車的質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量。SPMM 5000所采用的固定地平面的方法更如實的模擬了車輛在道路上彈跳、側(cè)傾和俯仰運動,這在精確測量質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量上具有很大的優(yōu)勢。

中國汽研K&C試驗臺組成

中國汽研K&C試驗臺功能

中國汽研K&C試驗臺，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況、彎道制動等特殊工況試驗，同時也能進(jìn)行整車質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量測試。總成部件（如商用車駕駛室、動力總成等）質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量測試。

帶K&C臺力傳感器、位移和質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量測試設(shè)備標(biāo)定系統(tǒng)，可利用該標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備標(biāo)定。

中國汽研K&C試驗臺試驗輸出
○ 交互式顯示界面，實時監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)
○ 自動計算相關(guān)參數(shù)
○ 人性化報告界面
○ 可通過Matlab后處理編程，自定義報告風(fēng)格

中國汽研K&C設(shè)備特點及優(yōu)勢

○ 適用車型范圍廣（軸距1960 ~ 4230mm、輪距1100 ~ 2082mm、最大車重5000kg），適用于承載和非承載車身車型；
○ 工作效率高（K&C及質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量，1~2天）；
○ 功能齊全，能夠測量標(biāo)準(zhǔn)K&C工況以及轉(zhuǎn)彎制動、加速等特殊工況，同時，能夠進(jìn)行整車質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量測試；
○ 測試精度高（詳見附表）；