汽车底盘性能主观评价与调校方法的研究

2023-01-03张端军鹿鹏程赵曰贺

汽车零部件 2022年12期

张端军，鹿鹏程，赵曰贺

江苏建筑职业技术学院智能制造学院，江苏徐州 221116

0 引言

汽车底盘匹配与调校是汽车底盘开发非常重要的环节，汽车底盘匹配与调校是通过对影响汽车底盘性能的零部件参数进行不断迭代优化使汽车的性能指标不断向设计目标靠拢的过程，所以汽车底盘性能的好坏很大程度取决于底盘匹配与调校的优劣。汽车底盘匹配与调校有3种不同的开发方法：主观评价、客观测试及CAE仿真分析，研发人员通过协调使用这3种方法，并经过反复迭代，最终确定能够满足设计目标的量产底盘零件设计方案[1]。

CAE仿真分析对整车模型的准确度要求较高，目前部分零件的仿真模型是在忽略了很多限制条件下建立的，与真实零件的性能特性曲线有一定差距，故仿真结果与实际结果存在差异。客观测试对试验仪器的精度要求较高，仪器精度太低会导致测得的参数不准确;同时客观测试的性能参数指标选择也是一个问题，所选择的客观测试参数指标必须要真实准确地反映车辆的底盘特性;在某些方面，客观测试与主观评价结果的一致性还不是很好[2]。主观评价是一种非常有效的汽车底盘匹配与调校方法，该方法耗时短，无须大量的准备工作，可以获得精度较高的分析结果且最贴近消费者感受，因此主观评价是目前能够全面且有效地评价汽车底盘性能的主要方法。

1 主观评价

1.1 主观评价人员基本素质要求

主观评价方法能有效使用的前提是评价人员已接受过充分的培训并已经具备了主观评价相关的知识技能。主观评价人员应具备以下基本素质要求：首先应具备扎实的汽车动力学相关理论知识，这是进行性能评估及判断的基础;其次主观评价人员应具备熟练的驾驶技能和丰富的驾驶经验，因为在进行操稳评价时需要将汽车开到极限状态来判断汽车的操稳性能，且主观评价人员在进行主观评价时均需将车身电子稳定系统关闭，不然会影响评价结果，所以要求评估人员应具备极限驾驶的能力;最后评价人员应具备较好的感知及评价能力，在进行静态或动态评估过程中，评价人员应能清晰感知汽车各方面的表现及细微的差距并能根据感知到的细节对车辆的底盘性能指标进行评价，最后能将所评价的项目清晰准确地表达出来。

1.2 主观评价车辆要求

在进行主观评价之前必须先要保证评价车辆状态的正确性。对于标量产车在进行评价之前应先进行底盘零部件检查，确保底盘零部件没有开裂或漏油等情况。如果知道对标车四轮定位数据还应做四轮定位确保定位参数处于误差范围之内。另外对标车轮胎胎压应为厂家标注的胎压，还应对车重、行驶里程、车辆配置等信息进行记录。对于开发样车，在进行评价之前除对标车车辆要求外还应确保调校样件的正确性，保证车辆安装的是需要评价的零部件状态，像减振器弹簧这类左右对称件应确保左右零件参数相差在10%以内。如果需要对多辆开发样车进行评估，那么尽可能使用同一批次制造的样车且样车状态相差不多，不同样车所装配的调校样件参数相差也应在10%以内，尽可能降低车与车的差异带来的评价差异。

1.3 主观评价评分标准

为了能够对汽车的性能进行主观描述，同时也能够合理地对不同车辆的性能进行比较，需要采用一套合适且固定的方法对主观评价进行评分，目前最常用的主观评价评分方法主要有定性排序法和定量评分法两种。

定性排序法是评价人员先对参考车辆进行评价，然后再对其他车辆进行评价，此时评价者在评价过程中只需给出“更好”或“更坏”的评价就可以，最后给出参考车辆与其他车辆的性能排序即可。这种方法虽然能够表达车辆之间的性能差别，但是并不能描述车辆之间性能差别的大小，且当评价车辆较多时，评价者在进行排序时容易产生混乱而无法合理排序，所以此方法应用不多。

定量评分法是评价人员根据自身感受对车辆的性能进行评价，再通过一定的准则将评价进行量化并给出具体分值，该分值能够具体定量地描述车辆底盘性能。通过性能评价指标的分值可以了解车辆的性能好坏，同时也能根据分值对不同车辆进行横向对比，该方法是目前各大车企普遍采用的主流主观评价评分方法，该方法的精度取决于评价人员能否给出合适的分值，评价人员经验越丰富则评价结果精度越高。

定量评分法的评分标准分为7分制与10分制两种，不同国家的评分标准也略有不同。美国有两个关于汽车性能主观评价的评分标准，即SAE J1441与SAE J1060。SAE J1441主要是针对车辆操纵稳定性的评价评分标准，该评分标准为10分制评分标准，5分是边界线，汽车性能评价评分处于6～10分是期望区间，汽车性能评价评分处于1～4分是非期望区间。10分代表汽车性能最好，1分代表汽车性能最差[3]，如图1所示。

图1 SAE J1441评分标准

SAE J1060主要是针对轮胎噪声及舒适性的主观评价评分标准。同样也是10分制评分标准，5分是边界线，汽车性能评价评分处于6～10分是可以接受的，汽车性能评价评分处于1～4分是不能接受的。除此之外，该评分标准还增加了评价条件[4]，如图2所示。

图2 SAE J1060评分标准

德国贝尔恩德·海森英教授及调校专家汉斯·于尔根·布兰德耳提出了一种双层次评价体系10分制评分标准[5]，该评分标准规定车辆性能主观评价评分在5分及以上为合格，4分及以下为不合格。为了更精确地进行评价，还可以在5分和9分之间给出0.5分和0.25分，如图3所示。双层次评价体系评分等级释义见表1。

图3 双层次评价体系评分标准

表1 双层次评价体系评分等级释义

日本采用的是7分制评分标准，4分是边界线，汽车性能评价评分处于5～7分是可以接受的，汽车性能评价评分处于1～3分是不能接受的[6]，如图4所示。

图4 日本7分制评分标准

我国汽车企业多数采用10分制评分标准，分值评价标准与SAE J1060评分标准及德国贝尔恩德·海森英教授的评分标准基本一致，车辆性能评分分值处于4分及以下是不可接受的，必须进行更改，车辆性能评分分值处于5分及以上的可以接受，但5～6分需要进行优化。相比于7分制评分标准，10分制评分标准更能准确描述车辆底盘性能状态，10分制评分标准将车辆性能从坏到好的程度分得更加细致。有些评价人员还会用具体分值后面加“+”或“-”来描述车辆性能状态，比如“7+”和“7-”代表车辆实际性能表现比7分好一点或者坏一点。本文认为遇到类似情况，评价人员可以采用德国贝尔恩德·海森英教授的评分标准，使用“7.25”或者“6.75”的分值来表示车辆实际性能表现比7分好一点或者坏一点，因为“+”或“-”的表示方法只能定性并不能定量来表示车辆底盘性能状态，不利于后期分数的统计。

1.4 主观评价指标

汽车底盘性能主要包括加速性能、制动性能、NVH性能、操纵稳定性、舒适性及转向性能，加速性能中关于动力总成系统的主观评价不在底盘性能评价范围之内，NVH性能中关于车身的噪声也不在底盘性能评价范围之内。但是加速时底盘的性能表现及底盘部件如轮胎、转向系统的NVH性能应在底盘性能评价范围之内，不过上述性能并不单独列出评价，一般是合并在其他项目中一起评价，故此底盘性能评价应有4个方面：操纵稳定性、舒适性、转向性能及制动性能。目前国内主机厂针对底盘性能评价的指标并不是很全面[7-8]，本文通过查阅文献并结合以往项目总结出一套主观评价指标，该评价体系比较全面，评价体系主要评价指标见表2至表5。

表2 操纵稳定性主观评价指标

表3 舒适性主观评价指标

表4 转向性能主观评价表

表5 制动性能主观评价指标

2 底盘匹配与调校

2.1 调校准备

底盘匹配与调校工作要求是连续进行的，间隔时间过长会导致主观感觉前后有差异，从而会影响调校准确性。这就需要在调校之前进行充分准备。

首先要保证样车状态的正确性。车辆质量及前后轴质量分配情况应与设计值一致，若不一致应该配重;拿到样车后检查车辆四轮定位参数是否正确，否则需重新调整四轮定位参数;样车所用底盘零部件状态、轮胎气压、车身姿态等参数应正确。

还要提前准备好调校样件。在进行调校前应将所有调校样件制作完成，调校样件一般应为基准参数上下各两到三挡，且左右两侧零件参数不应相差太大。

2.2 性能调校

底盘性能调校一般包括悬架调校、转向调校、轮胎调校及制动调校4个部分，底盘性能调校一般为多轮次循环调校，并没有严格的先后顺序。但是，因为悬架调校与轮胎调校会影响转向手感及制动性能，所以悬架调校与轮胎调校一般要放在转向调校与制动调校之前进行。

悬架调校的调校对象一般为弹簧、稳定杆、减振器及各种衬套。弹簧主要是调校刚度大小及弹簧垫的材料及厚度;稳定杆主要是调校扭转刚度大小，固定稳定杆的衬套也可以进行调校;各种衬套主要是调校径向刚度、轴向刚度及扭转刚度大小，另外可调校的参数还有动刚度、刚度线性区间，如果衬套有空心部分，还应区分空心方向刚度大小和实心方向刚度大小;减振器是悬架调校的重中之重，主要是通过更改减振器内部阀片、弹簧、阀座等零件来调整减振器低速、中速、高速的力值大小，同时减振器连接处衬套、缓冲块及Top-mount也是可以进行调校的。一般先确定好弹簧、稳定杆、衬套的相关参数，然后对减振器进行调校，之后对弹簧、稳定杆、衬套进行更进一步的细致调校，最后对减振器进行优化调校，这样循环多次最终达到性能最优。

转向调校主要是调校转向手感，使用软件更改相关参数来实现。转向手感调校主要是调校转向力矩、回正特性、转向阻尼和转向摩擦等参数。转向力矩及回正特性调校参数是随车速变化的曲线，需要在不同车速对相应曲线进行调校。转向阻尼根据车速及转向频率来进行调校，转向摩擦主要是调校车速60 km/h以上中心转向位置的摩擦感。

轮胎调校由主机厂与供应商的工程师共同完成，可调校的参数有橡胶材料配方、胎面花纹、带束层宽度和角度、胎面硬度、胎侧厚度、三角胶材料及结构参数等。轮胎调校一般由供应商提供不同参数组合的样胎，并挑出本轮特性最优样胎，调校工程师给出下一步调校优化方向，供应商根据优化方向再制作下一轮样胎。

制动系统调校主要包括主制动系统调校及电子稳定程序(ABS/ESP)系统调校。主制动系统调校主要包括制动力、制动踏板感觉、制动力分配及制动效能等方面的调校。通过调整主缸参数、真空助力器特性参数、制动踏板行程、摩擦片材料等参数来达到最优效果。电子稳定程序系统的调校一般为供应商调校主机厂验收，主要看介入时机、介入突兀感及激进强烈程度，还需要在高低附着地面、冰雪路面进行验证。