某輕型客車底盤性能匹配和調校

張宏亮，劉志敏

某輕型客車底盤性能匹配和調校

張宏亮1，劉志敏2

（1.華晨雷諾金杯汽車有限公司，遼寧 沈陽 110044；2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300）

根據輕型客車的功能需要，整車幾何尺寸與乘用車有所不同，底盤性能也存在較大差異，所以輕型客車的底盤性能越來越受到底盤工程師的關注和深入研究。文章結合輕型客車車型的特點，以某輕型客車底盤性能開發為例，在操縱穩定性、平順性和轉向性能匹配和調校方面進行研究。通過主觀評價和試驗驗證的手段進行底盤性能的匹配和調校，使車輛操縱穩定性和平順性能達到最優。

操縱穩定性；平順性；底盤調校；主觀評價

前言

汽車底盤性能是汽車的重要性能之一，直接影響汽車安全性和行駛品質，底盤性能的開發能力代表著汽車企業的核心技術實力。隨著底盤性能客觀測試與仿真調校技術的發展，底盤性能的匹配與調校，已經形成以主觀調校和客觀測試互相結合的綜合技術[1-2]。目前，很多汽車企業對輕型客車操縱穩定性和平順性調校的重點是突出平順性能，略微降低操縱穩定性。本文在前期的底盤性能分析和優化的基礎上進行底盤性能匹配和調校。調校結果在保證優異的操縱穩定性的同時，較大地提高了平順性。

1 開發方案

汽車底盤調校的目標是以均衡或折中的方案對車輛行駛性能和行駛舒適性能進行協調，以實現整車底盤性能的優化[3-4]。在整車開發前期，車輛動力學分析工程師會結合車輛銷售定位及用途進行底盤性能分析和零部件的匹配工作，會進行多輪次的方案匹配和分析，不斷調整適合車輛性能的匹配參數。整車開發調校通常分為三個階段，mule車狀態階段、工程車狀態階段和量產車狀態階段。不同階段的調校輸入參數會逐步接近最終設計狀態，同時運動學分析和匹配結果也更加接近真實。調校過程中，mule車狀態階段主要進行底盤硬點驗證和初步的底盤性能調校；工程車狀態階段主要進行底盤整體性能調校和客觀試驗驗證；量產車狀態階段主要進行減振器和轉向系統的精細調校。開發流程如圖1所示。

圖1 底盤調校流程圖

2 實例分析

2.1 關鍵參數描述

輕型客車尺寸與轎車和SUV車型相差較大，同時底盤各個系統的參數也有較大差別。需重點關注質量、軸距、輪胎型號等參數。整車參數如表1匯總：

表1 車輛參數表

參數名稱數值 長×寬×高/mm5 160×1 800×1 980 整備質量/kg2 437 軸距/mm3 440 輪距/mm1 560/1 540 整車質心高度/mm710（估算） 輪胎型號195/70R15 胎壓/bar2.9/3.2

2.2 底盤性能主觀評價及調校

系統級臺架性能驗證在底盤性能開發中必不可少，既可以降低開發費用，又可以縮短開發周期。操縱穩定性試驗驗證包含懸架K&C測試、轉向系統性能測試、制動系統性能測試、整車操縱穩定性測試和平順性測試等。

2.2.1懸架K&C特性

懸架系統作為底盤的重要系統之一，對底盤性能起到至關重要的影響。懸架K特性主要由懸架幾何結構決定，C特性由橡膠襯套、彈簧、輪胎特性決定，兩者共同作用，對直線行駛穩定性、穩態回轉特性、轉向回正性、側向穩定性、側傾特性、制動穩定性、抗俯仰性等產生重要影響。

在懸架K&C特性指標中，應適當地提高前后懸架側傾中心高度，同時在整車布置設計中需要盡可能地降低整車質心高度，從而減小側傾力臂。優點是前軸懸架系統會匹配一個相對較小的穩定桿直徑和彈簧剛度來提供有效的側傾剛度，在達到一個較好的操穩性能的同時又能提供一個很好的平順性能。同時設計合理范圍的前束變化值和外傾變化值可以在懸架設計初期就控制車輛的不足轉向性能和側傾外傾補償。設計合理的定位參數來保證整車直線行駛和制動時的車輛的穩定性能。

2.3 評價與調校

汽車的操縱穩定性與平順性是兩個對立的統一體，隨著汽車操縱穩定性的提高，一般都會帶來平順性的下降，如何在這兩者之間找出一個平衡點，是汽車底盤性能設計的關鍵。底盤調校就是要保證汽車平順性和操縱穩定性達到最佳的折中[5-6]。底盤調校主要是匹配以下幾個零部件參數，包括彈簧、緩沖塊、穩定桿、襯套和減振器，同時也需要對輪胎進行評價和確定轉向系統參數等。

表2 主觀評價結果表

性能類別評分評語 操縱穩定性6單移線響應慢 不平路面直線性能差 平順性6側傾舒適性差 后懸架沖擊大 轉向性能5轉向盤轉角偏大 轉向原地沉，高速輕 轉向響應慢 壞路反饋強

調校工作開始前組織多名不同經驗的評價人員對車輛進行底盤性能的主觀評價，評價地點在專業試驗場地（包含動態廣場、石塊路、砂石路、長波路和長直線等）進行評價。評價后匯總車輛存在的問題如表2。

針對操穩和平順性反映出的評價問題，首先需要對懸架K&C性能進行對比分析，主要關注懸架剛度曲線、跳動轉向、主銷偏移距及主銷參數、前后側傾剛度比等參數。

圖2 前懸架剛度圖

圖3 后懸架剛度圖

圖4 前輪跳動轉向

圖5 后輪跳動轉向

圖6 前懸架側傾轉向

圖7 后懸架側傾轉向

經分析對比及對彈簧和穩定桿的匹配評價，最后選定的彈性元件及襯套對應的懸架K&C特性曲線如圖7所示，并對減振器進行三輪調校，記錄了五組有效阻尼值，評價確定兼顧操穩和平順性性能最終調校減振器外特性曲線如下圖8和9所示：

圖8 前減振器阻尼力值

圖9 后減振器阻尼力值

根據多輪調校匹配的評價結果進行分析，最終確認評審車前減振器評審狀態為第三次調校狀態的減振器及加厚襯套。前減振器增加了復原阻尼力值后評價“抓地性能”有所提升，評價前軸沉浮舒緩，側傾震蕩收斂效果良好，達到預期目的，相比于第一次調校狀態，復原阻力值在低、中速段（0.131/0.262/0.393/ 0.524）增加30%左右，壓縮力值無變化。其力值如圖8所示。可得到的結論是最初調校的減振器存在阻力偏低，“拉不住”的問題。

后減振器最終方案確定為：第三次調校的減振器力值及加厚襯套。評價感覺前后橋匹配基本合理，收斂感覺較好，在力值上所看到的變化趨勢為中高速段阻尼力相對于第一次調校方案均復原與壓縮均加大20%～40%以上的阻尼，說明初期調校方案中力值不足。但現有方案在調校初期有下落空程明顯的感覺，推測與減振器高速度點力值有關。經調校后達到目標。

后懸架評價沖擊大，適當調整緩沖塊接觸間隙，并降低緩沖塊初期剛度值，結合K&C懸架剛度測試曲線調整襯套剛度如圖10所示第四組剛度曲線，并對裝有第四組剛度緩沖塊的車輛進行主觀評價，后橋大沖擊舒適性明顯改善。

在轉向系統調校過程中對低速轉向、高速轉向、靜態轉向力和低速轉向力矩進行調校和標定，完善轉向系統性能。

轉向系統有如下幾個問題：（1）轉向盤角度偏大；（2）轉向原地沉、高速輕；（3）轉向響應遲滯；（4）壞路反饋激烈。

圖10 后緩沖塊力值

針對以上問題，方向盤轉角偏大，需通過更改轉向傳動比來解決，制定方案并試制樣件。轉向原地沉、高速輕問題需要調整助力特性曲線即轉向器閥特性曲線及轉向泵流量解決。

如圖11所示，虛線為優化后的轉向助力曲線，5 MPa時，扭矩由5.5 Nm調到4 Nm，曲線趨勢基本不變；反映到方向盤手力，通過計算得出，手力由15.5 N減少到12 N。流量大時扭矩小，流量小時扭矩變大，利用這一特性，通過調整轉向泵的輸出流量，高速時流量小，低速時流量大，有助于解決低速沉、高速輕的問題。現有轉向泵流量曲線基本滿足，如圖12所示：

圖11 轉向助力曲線

圖12 轉向助力曲線

轉向響應遲滯與方向盤圈數、轉向系統剛度、懸架剛度等因素有關。同時轉向響應隨上述轉向傳動比的調整應有所改善，并在懸架系統優化時一同進行評價和優化。

壞路反饋劇烈也與轉向系統剛度、轉向器效率有關，待轉向器定型后與懸架系統優化中解決。

經過幾輪的測試分析與調校，最后確定彈性元件和減振器等參數。并由多名主觀評價工程師和國外評價專家評價結果如圖13所示：

圖13 主觀評價結果

經過多輪底盤性優化，其中操縱穩定性側傾梯度適中，側傾抑制能力較強；橫擺角度及響應適中，橫擺收斂快速；轉向系統經過標定后轉向力大小適中，方向盤與車輛響應匹配較好。平順性能車身俯仰抑制能力強，一階二階垂直振動吸收能力提高，懸架行程空間充足，大沖擊緩解能力加強。

3 結束語

本文通過對比分析系統特性測試結果和主觀評價調校的方式，進行底盤性能優化設計及驗證，彌補輕型客車車型在底盤性能中的弊端，找到折中底盤性能的優化方案，為該類車型提供有效地開發流程和方法，從而減小項目后期無法達到基本目標的可能性。

[1] 管欣,宗長富,王化吉.汽車底盤動力學性能主觀評價研究現狀與展望[J].汽車工程學報,2011;1(3):159-174

[2] 劉志敏,程海波,周國爽.基于懸架運動學分析的車輛跑偏問題[J].科學技術與工程,2018;4(12):313-316.

[3] 孫輝.M轎車懸架K&C特性分析與底盤調校[D].長沙:湖南大學, 2015.

[4] 王長新.某輕型客車變剛度懸架系統的優化、調校與試驗研究[D].長春:吉林大學,2015.

[5] 孫福祿,姜軍平,孟香,等.基于仿真分析方法研究某轎車底盤調校[J].農業裝備與車輛工程,2012,50(05):39-43.

[6] 郭孔輝.汽車操縱動力學原理[M].3版.南京:江蘇科學技術出版社, 2011:395-406.

Tuning and Adjustment of Chassis Performance of a Light Bus

ZHANG Hongliang1, LIU Zhimin2

( 1.Renault Brilliance Jinbei Automotive Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110044;2.CATARC (Tianjin) Automotive Engineering Research Institute Co., Ltd., Tianjin 300300 )

According to the functional requirements of light passenger cars, the geometric dimensions of the whole vehicle are different from those of passenger cars, and the chassis performance is quite different. Therefore, the chassis performance of light bus is more and more concerned by chassis engineers and in-depth research. In this paper, taking the development of chassis performance of a light bus as an example, the matching and adjustment of handling stability, ride comfort and steering performance are studied. By means of subjective evaluation and experimental verification, the matching and adjustment of chassis performance are carried out to optimize the vehicle handling stability and ride performance.

Handling stability; Ride comfort; Chassis adjustment; Subjective evaluation

U463.34

A

1671-7988(2021)24-47-05

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A

1671-7988(2021)24-47-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.011

張宏亮，就職于華晨雷諾金杯汽車有限公司。