乘用车模块化车辆动力学开发过程研究

翟美颖 郝文权

（1.中国第一汽车股份有限公司 研发总院，长春130013；2.汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春130013）

主题词：模块化 平台化 动力学 平台策略 低成本

1 引言

乘用车模块化开发目的是为了一次投入就能衍生出多款车型，这样不但可以节省研发成本而且还可以缩短研发周期，同时平台化、模块化开发对产品的继承性与积累性意义重大。对于创新技术能力还有待加强的中国汽车企业，只做车型而不规划平台的做法太过目光短浅，做精、做好一到两个平台应是必然选择。当前汽车产品更新换代和技术进步的速度越来越快，用一款一款车型去追赶，企业的研发之路肯定会越走越难，而平台化、模块化开发可以立足现在、着眼未来，既能解决近忧、又能兼顾远虑，是关注眼前产品与后续产品性能持续提升的一种有效平衡。因此，中国汽车企业必须积极行动起来，未雨绸缪，前瞻规划好自己的产品平台体系。

2 模块化与平台化定义

要研究平台化、模块化车辆在动力学性能开发时会带来哪些问题，先要了解模块化与平台化的定义，以使得更加深刻地认识它们。

（1）平台：在汽车制造业中，指的是由若干通用部件组合而成的一种载体，在这一载体上开发出的不同产品会使用这些通用部件。

（2）模块：在汽车制造业中，指的是基于平台原理，从整车结构角度拆分出的、具有某种特定结构和功能的通用部件的组合[1]。可以说模块、总成、系统这3个概念有相近之处，但模块更强调独立性、继承性和通用性。在本文的定义体系下，模块是整车产品中高于系统和总成的特定零部件组合。

3 模块化车辆系统动力学开发

3.1 悬架结构型式

本论文中模块系列使用的前悬架结构型式为麦弗逊式，后悬架使用E型多连杆结构型式。

麦弗逊悬架具有结构简单、占用空间小、非簧载质量小、响应较快、制造成本低、发动机及转向系易于布置、能与多种弹簧相匹配及能实现车身高度自动调节等优点。现在很多悬架都是以麦弗逊悬架为基础，在结构上对其进行优化，既保留不错的舒适性、结构紧凑等优势，又显著地提升了车辆的操控性能。麦弗逊悬架可以在轿车、SUV和MPV多种车型上运用。在较好的设计与调教的情况下，麦弗逊悬架并不比其它类型的悬架差。

E型多连杆悬架型式具备很多优点，如：在收缩时能自动调整外倾角、前束角以及使后轮获得一定的转向角度。通过对连接运动点的约束角度设计使得悬架在压缩时能主动调整车轮定位，能完全针对车型做匹配和调校以最大限度地发挥轮胎抓地力,从而提高整车的操控极限。

这2 种结构型式比较适用于模块化车辆，其多变性与通用性满足了模块化车辆的需求。

3.2 平台策略

一般来讲，车辆平台变化是受轮心上下跳、轮距加宽、轴距加长因素影响如图1。以某款研发模块化车辆为例，此模块分为A1、A2和B三个平台车型，见图2。

每个平台有基础车型，A1平台基础车型是A-三厢，A2平台基础车型是A-SUV，B平台目前只有一款开发车型B-三厢。平台下其他各个车型的变化策略见图3。

图2 某研发模块车型平台划分

通过图3，可以清晰的了解到各车型与各平台之间的基础车型的衍生关系。

表1列出了此次系统动力学分析的主要车型的基本信息。

3.3 优化分析

（1）目标设定过程重点关注参数

从上述平台策略可以看出多数车型是由基础车型轮心上下跳及轮距加宽演变而来，因此在目标设定阶段要重点关注由于轮心上下跳及轮距加宽引起的参数变化。因此把侧倾中心高（图4）、平行轮跳轮距变化率、平行轮跳外倾变化梯度这3个参数作为系统动力学开发过程中重点关注参数。

图3 某研发模块车型平台策略

表1 各车型基本参数

图4 侧倾中心高示意

（2）KC仿真分析结果

对A+三厢、B三厢、A-SUV、AMPV、A-三厢这5个车型进行前、后悬架KC分析，结果见表2。

通过以上结果可以看出，A+三厢、B-三厢、A-三厢这3个车型前悬架侧倾中心高偏低，且各个车型轮距变化较大。

（3）灵敏度分析

在优化前，对前后悬架侧倾中心高、轮距变化、外倾梯度这3个参数做敏感度分析，看看哪些硬点位置对这几个参数的敏感度较高。

表2 前后悬架分析结果

首先辨识出前后悬架敏感较高的硬点坐标如表3[2]。

表3 前后悬架敏感位置列表

经过优化分析，前悬架敏感度分析结果如图5。

图5 前悬架侧倾中心高、轮距变化梯度敏感度分析

后悬架敏感度分析结果，如图6。

从以上前后悬架敏感度分析结果可以看出，关键硬点位置对侧倾中心高与轮距变化这2个参数影响相互矛盾，因此在优化过程中无法满足2个参数同时达到目标。

图6 后悬架侧倾中心高、轮距变化梯度、外倾梯度敏感度分析

（4）优化方案及优化结果

结合前后悬架KC 分析结果与敏感度分析结果，提出以下优化意见：

（1）将车辆的侧倾中心高优化，最低值不能低于20 mm。

（2）保证后悬架外倾角变化梯度大于前悬架变化梯度。

根据以上优化意见前后悬架优化后结果如表4，前悬架侧倾中心高均大于20 mm，且后悬架外倾梯度大于前悬架外倾梯度。

表4 前后悬架优化结果

4 结论

文章论述了模块化车辆的平台划分及平台策略，阐述了此平台策略可能在系统动力学分析时可能带来的问题，以实际设计车辆的系统动力学分析结果，重点讲解了此模块化下各个车型的优化过程。

各车企在开发平台化、模块化车辆的过程中，需根据车辆定位、受众群体制定不同的动力学目标，动力学目标不同，车辆开发过程中的侧重点则不同。

目前，国内自主车企的平台开发及模块开发都还处于起步阶段，模块化动力学分析及优化过程内容可参考的资料较少，文章涉及的模块化车辆的系统动力学开发过程对后续此类问题的开发能够起到指导作用。