某车型操稳性能调校过程浅析

2022-11-28徐申敏张庆阚国庆

汽车零部件 2022年11期

徐申敏，张庆，阚国庆

奇瑞新能源汽车股份有限公司，安徽芜湖 241002

0 引言

汽车操稳性能是指在驾驶员不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能够遵循驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能够抵抗干扰而保持稳定行驶的能力[1]。操稳性能包含操纵性和稳定性两种含义，操纵性指车辆对于驾驶指令的响应速度与执行程度，稳定性指车身、轮胎及悬架系统隔绝路面颠簸的能力，在整个操稳性能调校过程中，主要为均衡这两方面开展。

整车的操稳性能开发主要包括4个部分：目标设定、虚拟验证、实车调校、性能验收。

1 目标设定

在目标设定前首先需确认车型定位及风格，主要有偏舒适风格、偏操控风格和二者兼顾中性风格3种。目前比较理想的是充满线性感操控和充满阻尼感的舒适，线性感表现为侧向力的建立、手力的建立和侧倾的程度;阻尼感表现为将尖锐的输入转为圆润、将输入的能量吸收同时有良好的反馈。总体表现为日常不硬、过弯不软、急转不倾、过坑不颠、高速不飘等等。

风格确认完成后需选择对标车型，进行操稳性能主观评价和客观测试，根据评价测试结果进行目标设定。目前各目标条目主要涵盖转向、操控、舒适性3类，分别设定3级目标，目标设定见表1，行驶舒适性的2级和3级目标见表2。某车型主要用户群体为女性，偏舒适风格，其舒适性总目标为6.7分。

表1 目标设定

表2 行驶舒适性的2级和3级目标

2 虚拟验证

操稳虚拟验证是指建立整车虚拟样机模型，主要为搭载整车动力学模型，采用仿真软件ADAMS和Carsim进行悬架几何运动学和弹性运动学(kinematics and compliance，KC)特性优化、前后悬架运动学特性优化、操纵稳定性计算优化和操稳工况模拟等。

某车型采用ADAMS进行KC特性仿真，对侧倾工况模拟时，发现侧倾中心高度为80 mm，偏高不利于整车操稳性能，将后摆臂安装点降低7 mm，侧倾中心高度随之下降至68 mm，如图1所示，满足推荐范围60～75 mm。

图1 侧倾工况模拟

3 实车调校

3.1 KC试验

在实车调校前，首先进行KC特性试验，K特性主要受悬架硬点参数的影响，指车轮运动时，在悬架导向机构的作用下，车轮平面和轮心点处产生的角位移及线性位移变化的特性，包括轮跳运动、侧倾运动和转向运动；C特性主要受悬架硬点参数、弹性部件及衬套刚度综合影响，指特定工况下地面作用于轮胎上的力及力矩，使车轮平面和轮心处产生角位移和线性位移变化的特性，包括纵向力、侧向力和回正力矩。KC试验在产品初期用于指导悬架系统架构设计，在标杆竞品研究阶段用于标杆车性能解析，在不同样车阶段用于指导操稳性能调校工作。

车轮前束角随垂向位移的变化如图2所示。

图2 车轮前束角随垂向位移的变化

通常前轮前束设置弱负、后轮前束设置弱正，保证汽车具有不足转向特性。前轮前束可以抵消外倾角产生的轮胎磨损，在车轮上跳过程中，前轮前束应该具有减小趋势，变化量通常在1°以内。图2中纵坐标为前束角，曲线斜率为前束的变化率，其值越小越好，一般范围为-5～5(°)/m。由图2可知，前轮前束变化率过大左前轮为7.8(°)/m，右前轮为9.9(°)/m，且前轮左右斜率差异较大，不利于车辆直线行驶的稳定性，使左右车轮响应存在偏差。经过排查得知，白车身硬点(减振器安装孔)与设计状态存在偏差，调整后满足要求。

3.2 PT样车性能摸底和调校开发

KC测试完成后进入手工样车(prototype tool，PT)调校阶段进行性能摸底和调校风格确定，主要针对弹簧和稳定杆。其中减振器进行首轮粗调，弹簧主要针对前后弹簧刚度，稳定杆针对材质调校比较少，主要是对稳定杆直径进行选择。

3.2.1 弹簧调校

在整车操稳调校阶段，首先进行弹簧调校，此时需要排除一切干扰，车辆状态为不装稳定杆、零阻尼减振器、缓冲块切半。由于没有减振器的衰减作用，完全靠弹簧吸收，评价时操作角度不能太大，否则容易侧翻，主要考虑前后轴的平衡，受到冲击时使前后衰减尽量同步，不产生过多余振。

弹簧选择主要针对悬架偏频，弹簧刚度大则位移量变小，单周期时间变短，偏频大悬架硬支撑足，车辆响应速度快，偏操控；弹簧刚度小则位移量变大，偏频小悬架软，过滤冲击能力强，偏舒适。通常根据整车调校风格确定前后弹簧刚度，偏频推荐范围为：前悬1.02～1.44 Hz，后悬1.18～1.58 Hz[2]。

偏频计算公式：

(1)

式中：f为偏频;E为悬架刚度;m为簧上质量。

由式(1)可知，偏频和悬架刚度相关，悬架刚度与弹簧刚度相关，通过改变弹簧刚度可以调整偏频大小，增大前悬弹簧刚度，有利于增加不足转向度。调校弹簧时通常在试验场内特征路面进行，主要包括：混凝土接缝路、变间距搓板路、减速带、井盖等等，使每次通过相同路况的车速保持一致，整车通过在平整路面和不平整路面中行驶，判断车身控制水平，包括俯仰、侧倾晃动、上下起伏及大小冲击的过滤衰减，通过前后不同弹簧刚度的匹配，选出合适的组合，通常会给出软硬两种方案，供后期减振器调校时使用。

3.2.2 稳定杆调校

前后弹簧调校完成后，进行稳定杆调校，此时车辆状态为零阻尼减振器和缓冲块切半，排除了减振器的干扰，稳定杆调校时进行侧倾动作和弯道工况，主要评价整车侧倾角度和侧倾控制。

稳定杆直径越粗，悬架的侧倾刚度越大，侧倾角越小，车身的侧倾控制越好。不安装稳定杆，左右减振器各自运动，安装稳定杆相互有干扰，使车头晃动。稳定杆直径调整见表3。

表3 稳定杆直径调整

弹簧稳定杆调校完成后进行一轮减振器粗调，以满足基本性能要求，进而完成工装样车(off tool，OT)后进行细调。

对某车型未调校的原始状态进行评价发现，整车行驶舒适性不佳，与目标值有较大差异，主要表现为平整路面行驶稳定性差，车身抖动明显，小冲击衰减能力差，转向盘抖动明显。对弹簧和稳定杆进行重新调校匹配，整车性能较之前获得很大改善。弹簧和稳定杆参数调校前后对比见表4。

表4 弹簧和稳定杆参数调校前后对比

3.3 OT性能验证和微调优化

PT阶段调校完成后，总结PT中的性能问题，制定下一步调校方案，对后期OT进行性能验证和微调优化，此阶段重点调整减振器阀系部分。

3.3.1 减振器调校

确定弹簧和稳定杆后，进入减振器调校阶段。减振器主要有拉伸和压缩两种状态，由复原阀和拉伸阀分别控制。通过调整阀系确认不同速度的力值曲线，平衡操控和舒适性，通常相同力值下，不同阀系组合带来的整车表现会有很大差异。调校前首先确定减振器力值方向，当力值范围确认后再进行阀系优化调整，阀系中低速主要调整节流流量大小、中高速主要调整阀片刚度、预紧、台阶、阀体流量等，阀片堆叠方式主要有宝塔型和三明治型。调校减振器时的驾驶工况为综合工况，前后轴平衡、侧倾、冲击过滤等方面需要均衡考虑。

本次所调校阀系主要为线性阀系，通过调整压缩复原阀垫片、节流阀片、预紧及阀体等，最终使性能满足要求，具体调校见表5和表6。