「底盘篇」——汽车底盘初览

  底盘调校是什么？为什么车企会不惜重金聘请外国专家进行底盘调校？奔驰偏向舒适，宝马偏向运动，而奥迪则是两者取乎其中，是调出来的吗？

  发动机被人们比作汽车的心脏，底盘就可看作是汽车的骨骼，它涉及动力传动系统、行驶系统（最重要的包含车架、悬架、车轮）、转向系统和制动系统，底盘技术的好坏直接影响到汽车安全性、操控性、舒适性等，可谓牵一发而动全身。

  汽车底盘性能如木桶效应：没有经过调校的样车存在各种各样的短板，例如：过弯侧倾大、不足转向度大、弯道抓地力不足、制动点头大及冲击舒适度差等问题，无法让用户满意。底盘调校过程是补齐或平衡各项性能，增大性能“存水量”。

  汽车要拥有优秀的底盘性能取决于前期基础结构设计、后期底盘调校工作和生产一致性控制三个方面。其中，基础结构设计性能贡献占比约为60%，底盘调校约为30%，生产一致性控制占比约为10%。即基础结构设计是底盘性能达标的前提，底盘调校是性能再拔高的过程，生产一致性控制是底盘性能的最终保障。

  底盘调校是在有限的成本和资源条件下，整合各个子系统和零部件，协调各种矛盾，通过调校的手段找到各方面性能的最佳平衡点，以满足既定的性能开发目标。

  一直以来各汽车企业把底盘调校作为看家本领，其技术的复杂性及难度在整车性能开发过程中不言而喻。汽车性能一般用动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性和通过性等评价指标来评价，整车调校主要围绕这些指标开展相应的工作。一般提到的底盘调校更多的是指在底盘性能调校过程中，如何提升底盘整体性能并保证舒适性和操控性的最佳平衡。

  汽车要拥有非常良好的转向性能、操纵稳定性以及行驶舒适性，一方面在设计时要优化车辆整体架构，使之具有好的K&C性能，涉及到悬架系统的硬点、转向特性、车轮定位参数等设计。另一方面涉及到弹簧、稳定杆、减振器、轮胎衬套、转向系统等零部件及系统的开发与匹配。

  汽车底盘性能调校方法有虚拟调校法和主观调校法。其中，虚拟调校法成本低、效率高，主观调校法为以人的感官来最终确认产品的感知品质。

  主观调校法 主观评价在欧美、日本等汽车发达国家已非常成熟，国内汽车性能主观评价体系尚在逐渐完备中。主观评价包括转向性能、操稳性能、舒适性能等方面的评价。如操纵稳定性的主观评价指标包括转向反馈、行驶稳定性、制动稳定性、驾驶信心、弯道行驶动力变化、瞬态转向、稳态转向、试验场道路行驶舒适性、公共道路行驶舒适性等一级评价指标。影响这些指标的重点是整车的动力学特性及系统和零部件的性能参数，在调校过程中可根据评价指标来重点解决动力学特性问题以及优化系统和零部件的性能参数，最终使车辆的操纵稳定性达标。

  通常主观评价评分体系将性能等价分为10级，最好得10分，最差为0分，评分以蝴蝶图的方式呈现。图2为某车型调校前主观评价结果、竞标车评价结果以及该车型期望达到的目标值。最终目标是缩小该车型与竞标车的差距， 并在完成调校后使得该车型的主观评价评分不低于目标值。

  虚拟调校法 主观评价法存在难以量化的局限性，汽车企业会采用一些商业软件对整车进行虚拟样机建模并完成模型标定，展开调校结果的定性验证。常用的软件有多刚体动力学软件Adams/ car、carsim等。仿真验证是根据国家标准进行，如《GB/T4970-2009 汽车平顺性试验方法》、《GB∕T 6323-2014 汽车操纵稳定性试验方法》等标准。底盘调校中重要研究对象是悬架，悬架的K&C 性能是不能不知的概念。

  K&C 性能：K代表英文 Kinematic， 即不考虑力和质量的运动，而只跟悬架连杆有关的车轮运动；C代表英文Compliance，也就是由于施加力导致的变形，跟悬架系统的弹簧、橡胶衬套以及零部件的变形有关的车轮运动。

  悬架系统K&C试验就是在台架上模拟道路激励导致的悬架运动。近年来，随着计算机仿真技术的发展，运用软件对悬架系统K&C特性进行仿真的结果已经能够较好地和试验结果相吻合。K&C特性研究可在整车前期开发阶段进行悬架系统的架构；在虚拟评审阶段验证悬架和整车动力学仿真模型；在逆向设计和对比车型的研究中，进行竞争车型调查研究；在样车试制的各个不同阶段，支持底盘调试工作。

  在调校的过程中，会有明确的目的性的对零部件来更换调整，然后根据评价结果做出相应的记录。

  汽车是一个复杂的多自由度振动系统，总布置设计时会将汽车质量分配系数设计在1附近，这样前、后悬架的振动就可以相互不影响，也叫解耦。经过简化可将前后悬分别看作是单质量的振动系统，见图4，频率公式为（1）式。

  车身振动频率f0设计值一般与人体走动时的振动频率接近，为了获得更好的舒适性，可适当降低前、后悬架的刚度，使前、后偏频小于1。但悬架刚度减小会使悬架的静挠度过大，悬架的运动行程有限，悬架偏频不能降低过多。悬架设计时会采用如多体动力学软件 ADAMS 进行模拟分析，确定得到前后弹簧刚度，再通过主观评价方法对前后弹簧的匹配方案来测试，让车辆在行驶过程中拥有平衡良好的前后悬架。

  汽车转弯行驶时车身侧倾严重，或通过 K&C 试验发现某车的侧倾刚度较小时，需要对侧倾刚度进行调校。提高汽车侧倾刚度多采用增设横向稳定杆来实现。横向稳定杆又称防倾杆，是汽车悬架中的一种辅助弹性元件。它的作用是防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾。横向稳定杆是用弹簧钢制成的扭杆弹簧，形状呈“U”形，横置在汽车的前端和后端，如图5所示。杆身的中部，用套筒与车架铰接，杆的两头分别固定在左右悬架上。当车身只作垂直运动时，两侧悬架变形相同，横向稳定杆不起作用。当车身侧倾时，两侧悬架跳动不一致，横向稳定杆发生扭转，杆身的弹力成为继续侧倾的阻力，起到横向稳定的作用。

  弹簧刚度选定后，进行稳定杆的匹配。选定稳定杆要根据车型前期的目标设定和调校风格做出合理的选择，太粗的稳定杆，能提供很好的侧倾控制，但是会带来平顺性的恶化和更大的转向不足，选择正真适合的稳定杆和稳定杆衬套，既能让车辆的侧倾控制合理，又能保证车辆的响应性和较好的平顺性。

  减振器调校在整个底盘调校的过程中是最为关键，是对提升整个底盘的品质感影响最重要的调校要素。项目开发初期，根据车型底盘调校属性目标，首先确定阀系类型，不同的阀系结构对性能的影响较大。减振器调校主要调校活塞和底阀的阻尼孔、阀片、节流片开口面积、补偿阀片。不同的阀系组合，即便是相同的阻尼力也会有不同的乘车体验。主要影响车辆的初始侧倾控制、中心区响应、路面的过滤能力、小激励的柔和感；中速一般指的是 0.1-0.6m/s，主要影响中等冲击的衰减控制、非中心区车辆响应、车身姿态控制；高速一般指的是 0.6-1.5m/s，该速度段主要影响大冲击的隔离感、车身受到大激励时车身的控制、极限操稳时车身姿态的控制。

  减振器调校则相对来说还是比较复杂，由于其运动速度范围较大（一般为 0.05m/s～ 1.5m/s），每个速度段都影响到相应的性能。比如，对于悬架舒适性，低速段阻尼力控制车身姿态，中速段阻尼力影响次级舒适性，高速段阻尼力决定大冲击感。而对于操控性，中低速阻尼力影响紧急变线时的侧倾支撑感，同时也影响转向中心感等，

  例如某车后悬架的冲击舒适性较差，这时就需要仔细考虑弹簧与缓冲块的合理匹配。采用延长缓冲块作用时间能避免频繁地触碰缓冲块，或减小缓冲块刚度以避免接触时带来的突变感。可从缓冲块长度及刚度特性曲线着手，制定后悬架缓冲块方案。也可通过仿真对该车后悬冲击舒适性灵敏度做多元化的分析，如发现后纵臂安装轴套及后副车架安装轴套对振动加速度影响较大，可改变各轴套等的纵向、垂向静刚度进行性能的调校。

  电动助力转向系统（EPS）的调校过程主要是对软件各部分进行匹配调校。例如，通过对EPS基础助力、回正、阻尼以及转动惯量参数的匹配调校，使转向性能达到低速轻便、高速稳重的感觉。这里尤其要关注转向机和电动机摩擦力大小，其对转向的手感会产生较大的影响，所以系统内摩擦需控制在一个较低的范围，才能给用户一个好的转向手感。

  转向系统还也许会出现左右转向力不对称问题、转向力增长不均匀问题、大转角下转向力偏大、转向与悬架干涉等问题。可采取选择正真适合的转向机、改变转向系设计硬点、合理匹配转向柱 2个万向节相位角、改变动力转向泵的设计油压等措施进行调校。

  底盘调校包含：悬架弹簧调校、稳定杆的调校、橡胶衬套的调校、前后缓冲块的调校、减振器调校、转向系的调校等。底盘调校过程是一个多种部件多种性能互相平衡的一个过程，调校的过程中需考虑车型的风格定位及操稳、平顺性能的平衡。

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