浅谈汽车悬架系统硬点逆向开发方法

李爽 于春满

摘 要：汽车各个系统开发过程中，参考标杆车进行逆向设计方法被国内外整车生产企业所广泛采用。本文主要以汽车前悬架系统硬点逆向设计为例，对汽车悬架硬点设计确定思路、方法、步骤以及合理性判断依据等方面进行阐述、分析。

关键词：悬架硬点;逆向设计;模型装配;参数调整;测量数据

1 简述

一般汽车悬架系统开发方式通常有两种：一种是通过技术引进合作方式获取技术资料（如图纸、详细的技术要求、试验规范等）;另一种是选定标杆车型底盘，通过测量、分析等来还原标杆车型相关特征尺寸、性能参数，从中找到悬架关键硬点参数尺寸，并规避相关知识产权，即逆向开发。考虑开发成本、知识产权等因素，国内底盘零部件生产企业多数采取第二种开发方式。

对于悬架系统来说，准确获得硬点相关几何参数尤为重要。根据标杆车型底盘测量数据，初步提取悬架、转向系统硬点，并分析其布置合理性，调整硬点数据至最佳状态，为汽车底盘系统提供设计依据。下面以汽车前悬架系统（麦弗逊独立悬架）为例，浅谈汽车悬架硬点逆向开发方法。

2 悬架系统硬点设计基本思路

获取标杆车型整车数据→底盘姿态扫描→悬架零部件拆解及数据扫描→初步确定悬架相关零部件关键硬点→悬架系统模型搭建及分析→悬架系统硬点调整至合理状态→确定系统硬点尺寸。

3 悬架系统硬点设计过程

3.1 通过设备测量或其他方法获取标杆车型整车数据

整车数据包括但不仅限以下参数：前后车轮定位参数、轮胎标准气压、悬架姿态数据、整车质量参数、前后轮距、轴距等。

3.2 标杆车型底盘姿态测量

测量设备：三坐标、高度尺、配重、扫描仪、测量平台等。

测量参数：整车整备、设计载荷、满载三种状态下四个车轮轮心坐标、静半径、姿态点云数据。

注意事项：①在测量下一状态前，应采取措施使悬架系统中弹性元件得到充分释放，例如：前后晃动车辆;②为准确获得车轮静半径，建议采用三坐标测量（也可采用高度尺测量）;具体方法：选取平台上三个参考点（尽量靠近车轮附近）作为测量基准，每种载荷状态下测量七个点（四个车轮中心点、三个平台参考点）; ③底盘姿态扫描和三坐标测量应同步进行，以减小两者测量误差。

3.3 拆解底盘悬架零部件，进行点云扫描

3.4 转换设计坐标系

根据整车坐标系转换规则，将与底盘硬点、姿态数据（含三坐标测量数据）及零部件点云转换为整车设计坐标系状态。

3.5 初步定义系统各零部件关键硬点

①前副车架总成关键硬点。a车架安装点（如：安装孔距、安装面），注意与车身硬点尺寸保持一致;b重要零部件安装尺寸（如：摆臂安装点、转向器总成安装点）。②摆臂总成关键硬点。a与转向节连接部位球销球心、球径、球头销配合锥面锥度、锥面大端圆（或小端圆）直径;b前后橡胶衬套之间中心距离、安装面宽度;c摆臂有效摆动半径（球销球心到前后橡胶衬套中心连线的垂直距离）。③前转向节关键硬点。a前悬架摆臂安装孔中心线、锥面大端圆直径、锥孔锥度、球销球心至锥面大端圆距离;b转向拉杆球销安装孔中心线、锥面大端圆直径、锥孔锥度、球销球心至锥面大端圆距离;c前减振器安装孔中心线;d前轮毂安装孔中心线。④前减振器总成关键硬点。a前减振器（活塞杆）中心线、缸筒长度、活塞杆与前减振器上安装支架安装面;b前横向稳定杆连杆球销安装中心线、球心距安装面的距离（球心位置）。⑤转向器总成关键硬点。a齿条中心线、齿条滑移行程、小齿轮中心线、与前车架安装孔位中心、孔距;b与转向节连接尺寸：球销球心、配合锥面锥度、锥面大端圆直径、球心至锥面大端圆心距离。⑥前轮毂总成关键硬点。与前转向节安装面至与前制动盘安装面之间的距离（轴向安装尺寸）。⑦前制动

盘关键硬点。与前轮毂安装面至与车轮安装面之间的距离（轴向

安装尺寸）。⑧车轮总成关键硬点。车轮安装平面、车轮中心线、偏距。

3.6 模型搭建

以前副车架为固定基准，将相关零部件逆向数据按照初步確定的关键硬点进行装配，搭建悬架系统电子样机。

3.7 模型硬点合理性分析

根据搭建模型分别测量前后车轮定位参数、轮距、轴距等数值，并与标杆车型测量数据进行比较，若结果相差较大（一般距离误差≤3mm，角度误差≤1.5°），则应调整相关零部件硬点参数，直到对比结果合理为止。从模型中读取各硬点坐标数据，输入到ADAMS软件（或者直接采用CATIA软件中的DMU模块）中进行运动学分析，输出车轮定位参数与悬架运动变化关系曲线。

判断硬点布置合理性主要依据两个方面：一是车轮定位参数变化曲线趋势正确;二是在悬架±50mm跳动行程时，各参数变化在合理变化范围内，具体参数变化要求参见相关汽车设计手册。若同时符合上述两个条件，则悬架系统硬点尺寸最终确定，反之则重复调整相关参数。

4 总结

本文详细阐述了汽车悬架系统零部件硬点初步确定方法、设计调整过程及合理性判断。按照此方法，利用高精度测量设备获取原始数据，再采用ADAMS、CATIA等软件进行DMU运动分析，制定出布置合理的硬点数据，为超越标杆车型底盘性能提供重要设计参数，同时减小了悬架系统设计开发成本，降低了开发风险。

对其开发、分析过程，总结如下：

①各零部件初次进行硬点定义时，定义硬点与原始提取数据尽量一致;②对于左右对称零部件，定义硬点应取左、右件平均值;③硬点数据应保持编辑状态，以方便后期数据调整、优化;④悬架系统硬点最终确定后，再进行零部件三维数据逆向，以避免因硬点数据调整而造成三维数据反复修改;⑤在测量分析过程中，各弹性元件（如：摆臂橡胶衬套）性能尤为重要，初期运动分析时可以将其作为刚性元件处理，当获取弹性元件性能参数后，应对悬架系统硬点模型数据进行深入优化、分析，直到优化结果满足要求。

参考文献：

[1]汽车工程手册 设计篇[M].人民交通出版社，2001年5月第1版.