启飞汽车

　　汽车底盘设计过程需要解决布置、性能、耐久等关键技术，

 

　　某轻型客车底盘开发过程中需要满足以下设计要求：1、双横臂前悬架配气压制动；2、后钢板弹簧非独立悬架；3、车身二级踏步（前地板高度630mm）4、操纵稳定性及平顺性性能对标某一上市车型。由于目前市场上尚无此配置车型，因此底盘需要全新的设计开发，在保证底盘性能的同时还要保证底盘零部件的耐久可靠性要求。前悬架结构如图1所示：

 

　　2 底盘布置

 

　　由于采用气压制动系统，在转向节位置需要配置一个尺寸较大的气室，且在转向过程中与转向节一起旋转，需要与上下摆臂、转向拉杆、减振器保持足够的空间，因而对底盘布置、运动间隙校核及零部件结构强度设计提出了巨大挑战。对标车双横臂前悬架结构如图2所示：

 

　　由于车身二级踏步及车身纵梁成形要求，双横臂悬架的扭杆弹簧只能安装在下摆臂上，为满足强度要求需要重新进行结构设计。
 

 

　　对于双横臂悬架，上下摆臂外球铰点连线即为悬架主销，其在YZ平面及XZ平面投影相对Z轴的夹角即为主销内倾角及后倾角；主销穿地点与轮胎接地点在YZ平面及XZ平面的投影距离即为主销偏移距及后倾拖距；轮胎中心与主销轴线在YZ平面的投影距离即为纵向力臂[1]。

 

　　主销内倾角对车辆的重力回正有显著影响；主销后倾角及后倾拖距对车辆的侧向力回正及高速稳定性有显著影响[2]；主销偏移距对车辆的制动稳定性有显著影响，一般的设计范围为-10至5mm；纵向力臂对车辆的力矩转向（加减速工况）特性有显著影响[3]，一般设计范围为小于75mm。

 

　　通过对标车的主观评价及客观测试，发现对标车回正能力及高速稳定性能较差，为改进此方面性能，设计过程中将主销后倾角及后倾拖距增大；设计中由于气室的空间限制，主销偏移距采用最小化设计；同样由于气室的空间限制，纵向力臂采用最小化设计，如表1所示：

 

　　3 性能优化

 

　　通过对标车的客观测试，发现对标车很多K&C特性并不是很理想，如前悬架Roll camber大于1（外倾角随车轮上跳而增大）、后悬架Roll steer趋势过大及前悬架侧向力刚度过低等。针对以上问题通过多体运动学分析，调整悬架硬点及衬套刚度，对悬架K&C进行优化。

 

　　悬架K&C优化遵循以下原则：尽量减小后轴的过度转向趋势，增大其等效侧偏刚度，提高车辆的侧向响应特性及稳定性；提高悬架侧向力刚度，提高车辆的侧向响应特性；降低悬架的纵向刚度，改善车辆的舒适性；优化前后悬架刚度，使前后悬架偏频匹配；优化前后悬架侧向中心高度及侧倾刚度，使整车的侧倾梯度及轮胎侧向载荷转移系数（TLLTD）合理等。

 

　　对于双横臂悬架，外倾角随轮跳的变化趋势取决于上下摆臂的相对长度及倾斜角度，如图3所示，如轮跳时上摆臂外点相对下摆臂外点内移，则外倾角减小；如轮跳时上摆臂外点相对下摆臂外点外移，则外倾角增大；为满足轮跳时外倾角减小的趋势，设计中调整了上摆臂的长度及倾斜角度[4]。

 

　　对标车后悬架侧倾轴转向较严重，降低了整车的瞬态响应特性及稳定性，为改进此方面性能，设计过程中将钢板弹簧前安装点位置降低[5]，但为了不影响离地间隙，前安装点不能太低，这导致后轴侧倾转向还是有过度转向趋势，如图4所示：

 

　　4 结构设计

 

　　由于布置原因，底盘零部件需要进行全新设计，除需要满足底盘性能及零部件之间的运动间隙外，还需要满足强度要求。设计中采用静态经验强度工况进行校核，具体工况见表3（表中六个工况及对应的各方向惯性载荷系数为某公司在平台车型设计过程中积累及修正后的值，并根据可靠性试验结果进行了验证）。强度分析中将整个悬架系统在有限元软件中建模，设置各零部件之间的约束关系，通过在车轮上加载静态载荷来分析各工况下零部件的应力水平，只有满足强度要求，零部件结构才能初步确定，而疲劳耐久特性还需在后期进一步验证[7]。图7与图8分别为前悬架上、下摆臂有限元分析结果。