新能源客车底盘设计中的车身重心位置与悬挂系统优化

摘要：对新能源客车底盘设计中的关键问题，包括车身重心位置与悬挂系统优化等问题进行了研究。首先介绍了新能源客车底盘设计的基本要求和特点，然后分别从车身重心位置和悬挂系统两个方面进行了优化研究。在车身重心位置优化方面，介绍了车身结构设计、车辆荷载分配和车辆调整与控制等方法；在悬挂系统优化方面，介绍了悬挂系统类型和特点，以及悬挂系统刚度、阻尼、减震器和弹簧等参数设计方法；综合研究中，介绍了综合优化的目标和要求，以及综合优化的方法和流程。最后，对其他优化问题如车轮轮距和轮胎选择优化、制动系统优化、操控性和稳定性优化等进行了讨论。

关键词：新能源客车；底盘设计；车身重心位置；悬挂系统优化

中图分类号：U469.7 收稿日期：2023-05-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.011

1 前言

随着环保意识的不断提高和新能源技术的不断发展，新能源客车已成为公共交通领域的重要发展方向。而底盘作为车辆的重要组成部分，其设计和优化对于新能源客车的性能和安全具有重要意义。因此，对新能源客车底盘设计中的关键问题进行研究和优化，对于提高新能源客车的性能、安全和舒适性具有重要的意义。

国内外学者对新能源客车底盘设计进行了广泛的研究。在车身重心位置优化方面，国内外学者主要从车身结构设计、车辆荷载分配和车辆调整与控制等方面进行了研究。在悬挂系统优化方面，主要涉及悬挂系统类型和特点、悬挂系统刚度、阻尼、减震器和弹簧等参数的设计方法。综合优化研究方面，主要包括综合优化的目标和要求、方法和流程等方面的研究。此外，还有其他优化问题如车轮轮距和轮胎选择优化、制动系统优化、操控性和稳定性优化等方面的研究。

本文旨在对新能源客车底盘设计中的关键问题进行研究和探讨，为新能源客车底盘设计提供参考和借鉴。

2 车身重心位置优化

2.1 车身重心位置的影响因素

2.1.1 车身构造

车身构造是影响车身重心位置的重要因素之一。车身结构设计中，车身高度、车身质量、车身挂件等都会影响车身重心位置［1］。例如，车身质量越大，车身重心位置越高，从而影响车辆的稳定性和操控性。

2.1.2 车辆荷载状况

车辆荷载状况也是影响车身重心位置的重要因素之一。车辆荷载分布不均匀、荷载质量过大等因素都会导致车身重心位置的偏移。例如，如果车辆后部的荷载过重，车身重心位置将向后移动，从而影响车辆的稳定性和操控性。

2.1.3 车辆行驶状态

车辆行驶状态也会对车身重心位置产生影响。例如，车辆在转弯、加速、制动等情况下，车身重心位置都会发生变化。在转弯时，车身重心位置会向外移动，从而增加侧倾的风险；在加速时，车身重心位置会向后移动，从而影响车辆的牵引力和稳定性；在制动时，车身重心位置会向前移动，从而影响车辆的制动距离和稳定性。

2.2 车身重心位置的优化方法

2.2.1 车身结构设计

通过采用轻量化材料、降低车身高度、减少车身挂件等方式，降低车身重心位置，提高车辆的稳定性和操控性。例如，通过采用高强度钢材、铝合金等轻量化材料，可以降低车身质量，从而降低车身重心位置。同时，降低车身高度和减少车身挂件也可以有效地降低车身重心位置。

2.2.2 车辆荷载分配

合理分配车辆荷载，保证荷载分布均匀，减少荷载重量，降低车身重心位置。例如，在设计新能源客车底盘时，可以合理分配座位、电池等荷载，使荷载分布均匀，从而降低车身重心位置。

2.2.3 车辆调整与控制

通过车辆调整和控制，如调整悬挂系统刚度和阻尼、调整轮胎气压等方式，优化车辆行驶状态，减少车身重心位置的偏移。例如，在车辆行驶时，可以通过调整悬挂系统刚度和阻尼，使车辆行驶更加平稳，从而减少车身重心位置的偏移。

2.3 实例分析

2.3.1 某型新能源客车车身重心位置优化

以某型新能源客车为例，其车身高度为3.5 m，车身质量为10 t，车身挂件较多，荷载分布不均匀，车身重心位置较高，影响了车辆的稳定性和操控性。为了优化车身重心位置，可以采用以下方法：

a.采用轻量化材料，如高强度钢材、铝合金等，降低车身质量。

b.降低车身高度，如减少车轮直径等。

c.减少车身挂件，如减少后视镜、雨刷器等。

d.合理分配车辆荷载，保证荷载分布均匀。通过以上优化措施，成功地降低了车身重心位置，提高了车辆的稳定性和操控性。

2.3.2 实验验证结果

经过实验验证，优化后的车身重心位置明显降低，车辆行驶稳定性和操控性得到了显著提高。例如，在制动时，车辆制动距离明显缩短，制动过程更加平稳；在转弯时，车辆侧倾角度明显减小，转弯更加稳定。

3 悬挂系统优化

3.1 悬挂系统的类型和特点

悬挂系统是新能源客车底盘中非常重要的组成部分，它直接影响车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性。根据悬挂系统的结构和特点，可以将其分为独立悬挂系统和非独立悬挂系统两种类型［2］。

3.1.1 独立悬挂系统

独立悬挂系统是一种将车轮与车身分离的悬挂系统，其特点是车轮之间相互独立，一侧车轮受到冲击时，不会对另一侧车轮产生影响［3］。独立悬挂系统可以有效地提高车辆的操控性和行驶稳定性，适用于高速公路等平整路面的行驶。

3.1.2 非独立悬挂系统

非独立悬挂系统是一种将车轮与车身连接在一起的悬挂系统，其特点是车轮之间相互影响，一侧车轮受到冲击时，会对另一侧车轮产生影响。非独立悬挂系统适用于越野车、越野赛车等需要在崎岖路面、颠簸路面行驶的车辆，可以有效地提高车辆的通过性和抗震性能。

3.2 悬挂系统的参数设计

悬挂系统的参数设计是新能源客车底盘设计中非常重要的一环。悬挂系统的参数包括悬挂系统刚度、悬挂系统阻尼、悬挂系统减震器和悬挂系统弹簧等方面。

3.2.1 悬挂系统刚度

悬挂系统刚度是指悬挂系统在受到外力作用时的抗变形能力，它直接影响车辆的操控性和稳定性。悬挂系统刚度过高会导致车辆行驶时震动过大，影响乘坐舒适性；悬挂系统刚度过低则会导致车辆行驶时侧倾、抖动等问题，影响行驶稳定性。因此，悬挂系统刚度的设计需要根据车辆使用环境、车辆质量等因素进行合理的选择。

3.2.2 悬挂系统阻尼

悬挂系统阻尼是指悬挂系统在受到外力作用时的抑制能力，它直接影响车辆的减震效果和行驶稳定性。悬挂系统阻尼过高会导致车辆行驶时过于僵硬，影响乘坐舒适性；悬挂系统阻尼过低则会导致车辆行驶时过于柔软，影响行驶稳定性。因此，悬挂系统阻尼的设计需要根据车辆使用环境、车辆质量等因素进行合理的选择。

3.2.3 悬挂系统减震器

悬挂系统减震器是悬挂系统中非常重要的组成部分，它可以有效地降低车辆行驶时的震动和抖动。悬挂系统减震器的设计需要根据车辆使用环境、车辆质量等因素进行合理的选择。常见的悬挂系统减震器有液压减震器、气压减震器等。

3.2.4 悬挂系统弹簧

悬挂系统弹簧是悬挂系统中非常重要的组成部分，它可以有效地支撑车辆的重量和荷载。悬挂系统弹簧的设计需要根据车辆使用环境、车辆质量等因素进行合理的选择。常见的悬挂系统弹簧有螺旋弹簧、板簧等。

3.3 实例分析

以某型新能源客车为例，其悬挂系统刚度过高，阻尼过低，导致车辆行驶时过于僵硬，影响乘坐舒适性；同时，车辆在行驶中存在侧倾、抖动等问题，影响行驶稳定性。因此，需要对其悬挂系统进行优化设计。

首先，针对悬挂系统刚度过高的问题，可以采取减小弹簧刚度或增加减震器阻尼等措施来降低悬挂系统刚度。其次，针对悬挂系统阻尼过低的问题，可以采取增加减震器阻尼或更换更适合的减震器等措施来提高悬挂系统阻尼。最后，针对车辆侧倾、抖动等问题，可以采取增加悬挂系统刚度、增加减震器阻尼等措施来提高车辆的行驶稳定性。

通过以上优化措施，可以有效地改善悬挂系统的性能，提高车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性，进一步提升车辆的整体性能和竞争力。

以某汽车品牌的旗舰车型为例，该车型的悬挂系统在市场反馈中存在乘坐舒适性不佳的问题，同时在高速行驶中存在车身抖动和侧倾的情况。为了解决这些问题，该品牌决定对该车型的悬挂系统进行优化设计。

a.对于乘坐舒适性不佳的问题，该品牌采取了降低悬挂系统刚度的措施，通过更换软一些的弹簧和减小减震器阻尼等方式来降低悬挂系统刚度，从而提高了车辆的乘坐舒适性。

b.针对高速行驶中存在的车身抖动和侧倾问题，该品牌采取了增加悬挂系统刚度和增加减震器阻尼的措施。通过更换硬一些的弹簧和增加减震器阻尼来提高悬挂系统的刚度和阻尼，从而有效地降低了车辆在高速行驶中的抖动和侧倾，提高了车辆的行驶稳定性。

经过以上优化措施，该品牌的旗舰车型的悬挂系统性能得到了明显的提升，乘坐舒适性和行驶稳定性得到了有效地改善，进一步提升了车型的市场竞争力和用户满意度。

4 车身重心位置与悬挂系统优化综合研究

4.1 综合研究的意义和方法

新能源客车的底盘设计中，车身重心位置和悬挂系统的优化是两个关键问题。车身重心位置的合理设计可以提高车辆的行驶稳定性和操控性［4］，而悬挂系统的优化可以提高车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性。因此，对于新能源客车底盘设计中的车身重心位置和悬挂系统的优化，需要进行综合研究，以实现最佳的整车性能。

4.1.1 综合优化的目标和要求

综合优化的目标是在保证车辆安全性和稳定性的前提下，实现车身重心位置和悬挂系统的最佳匹配，提高车辆的整体性能［5］。具体要求包括以下几点：

a.车身重心位置要尽可能低，以提高车辆的行驶稳定性和操控性。

b.悬挂系统的设计要考虑车身重心位置的影响，以提高车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性。

c.综合考虑车辆的使用环境和质量等因素，进行合理的设计和优化。

4.1.2 综合优化的方法和流程

综合优化的方法和流程包括以下几点：

a.确定车身重心位置的设计目标，包括车辆的使用环境和质量等因素。

b.设计悬挂系统的刚度和阻尼等参数，以满足车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性的要求［6］。

c.通过仿真分析和实验验证，评估车辆的整体性能，并进行参数调整和优化。

d.最终确定车身重心位置和悬挂系统的设计方案，并进行整车测试和验证。

4.2 实例分析

4.2.1 某型新能源客车底盘综合优化

以某型新能源客车为例，其底盘设计中车身重心位置和悬挂系统的优化需要进行综合研究。

a.确定车身重心位置的设计目标，考虑车辆的使用环境和质量等因素，确定车身重心位置的设计范围。

b.设计悬挂系统的刚度和阻尼等参数，以满足车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性的要求，通过仿真分析和实验验证，评估车辆的整体性能，并进行参数调整和优化。

c.确定车身重心位置和悬挂系统的设计方案，并进行整车测试和验证。

4.2.2 实验验证结果

经过综合优化后，该型新能源客车的车身重心位置得到了有效地降低，车辆的行驶稳定性和操控性得到了显著的提升。同时，悬挂系统的设计得到了优化，车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性也得到了显著的提高。最终的整车测试和验证结果表明，该型新能源客车的整体性能得到了明显的提升，满足了用户的需求。

5 其他优化问题

5.1 车轮轮距和轮胎选择优化

车轮轮距和轮胎选择是新能源客车底盘设计中的另一个重要问题。车轮轮距的选择需要考虑车辆的使用环境和行驶稳定性等因素，以确保车辆的行驶稳定性和操控性。同时，轮胎的选择也需要根据车辆的使用环境和行驶稳定性等因素进行优化，以提高车辆的行驶性能和安全性。

5.2 制动系统优化

制动系统是新能源客车底盘设计中的一个重要部分，其设计需要考虑车辆的整体性能和安全性。制动系统的优化包括制动盘和制动片的选择、制动液的选择、制动系统的布局和管路设计等方面。通过制动系统的优化，可以提高车辆的制动性能和安全性。

5.3 操控性和稳定性优化

操控性和稳定性是新能源客车底盘设计中的重要问题。操控性的优化需要考虑车辆的转向性能、悬挂系统的刚度和阻尼等因素，以提高车辆的操控性和驾驶舒适性。稳定性的优化需要考虑车辆的重心位置、悬挂系统的设计和轮胎选择等因素，以提高车辆的行驶稳定性和安全性。

综上所述，新能源客车底盘设计中的其他优化问题包括车轮轮距和轮胎选择优化、制动系统优化和操控性、稳定性优化等方面。通过对这些问题的优化，可以提高新能源客车的整体性能和安全性，满足用户的需求和市场的要求。

6 结语

新能源客车底盘设计是保证车辆整体性能和安全性的关键。在底盘设计中，需要综合考虑车身重心位置、悬挂系统、车轮轮距和轮胎选择、制动系统以及操控性和稳定性等因素，进行优化设计。通过仿真分析和实验验证，可以评估车辆的整体性能，并进行参数调整和优化。最终确定车身重心位置和悬挂系统的设计方案，并进行整车测试和验证。通过对底盘设计的优化，可以提高新能源客车的整体性能和安全性，满足用户的需求和市场的要求。

参考文献：

[1]陈松，赵钢.新能源客车底盘设计的关键技术研究[J].汽车工程师，2016，38（5）：1-5.

[2]王昊，范建华，张涛.新能源客车悬架系统的设计[J].机电工程，2019，36（4）：16-18.

[3]潘磊，贾晓凌.新能源客车悬架系统的优化设计[J].汽车工程师，2018，40（3）：56-59.

[4]郭亚洲，刘宏伟.新能源客车底盘设计的研究与实践[J].汽车工程师，2017，39（4）：117-121.

[5]王华，张黎明，李少华.新能源客车底盘设计中车身重心位置的优化研究[J].机械设计与制造，2019，9（4）：1-4.

[6]杨洪军，王梦涵，王宝华.新能源客车底盘悬挂系统优化研究[J].汽车工程师，2019，41（1）：1-5.

作者简介：

邓菊根，男，1977年生，工程师，研究方向为汽车设计。