悬架系统Ｋ＆Ｃ特性综述蔡章林（泛亚汽车技术中心有限公司）【摘要】【主题词】如何提高汽车的操纵稳定性是汽车研发过程中一大难题，也是制约底盘自主开发的因素。文悬架系统汽车评价运动，而只跟悬架连杆有关的车轮运动；中说明了什么是悬架系统的Ｋ＆Ｃ特性；为什么要研究Ｋ＆ｃ；怎样研究和如何评价Ｋ＆Ｃ。０前言悬架系统是底盘的灵魂，也是汽车操纵稳定性的灵魂，要研究操稳必须研究悬架，而要研究悬Ｃ代表英文Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ，也就是由于施加力导致的变形，跟悬架系统的弹簧、橡胶衬套以及零部件的变形有关的车轮运动。悬架系统Ｋ＆Ｃ试验就是在台架上模拟道路激励导致的悬架运动。近年来，随着计算机仿真技术的发展，已经可以运用软件对悬架系统Ｋ＆Ｃ架必须研究其Ｋ＆Ｃ特性。国外在这方面展开了较多的研究，国内相对较晚。在高校，郭孑Ｌ辉院士在该方面有过较为系统的研究，率先在吉林大学自主研发了悬架Ｋ＆Ｃ试验台，并在自主企业开始运用。在企业，泛亚是国内最早也是唯一一个引特性进行仿真，仿真结果已经能够较好地和试验结果相吻合。１．２Ｋ＆Ｃ的功能目前在泛亚进行整车开发时，Ｋ＆Ｃ特性试验入Ｋ＆Ｃ试验台的汽车研发中心，已经完成近百款车型的Ｋ＆Ｃ试验，支持完成数十个平台的底盘开和研究已经成为不可缺少的一部分，通过Ｋ＆Ｃ特发和调试，建立了一整套试验方法和试验数据库。国内关于悬架的研究非常多，从被动悬架到主动悬架，从仿真计算到数值模拟，从麦弗逊悬架到多连杆悬架，无所不有无所不包，但都没有回答一个问题，那就是怎样评价悬架。本文以攻读硕士和博士期间的研究成果为基础，结合泛亚工程开发性的研究，可以起到如下作用：（１）整车前期开发阶段悬架系统的架构；（２）在虚拟评审阶段验证悬架和整车动力学仿真模型；（３）在逆向设计和对比车型的研究中，进行竞争车型调查研究；（４）在样车试制的各个不同阶段，支持底盘调试工作。１．３经验，将对这一问题进行论述。主要回答：什么是悬架系统的Ｋ＆Ｃ特性？为什么要研究Ｋ＆Ｃ？怎样研究以及如何评价Ｋ＆Ｃ。Ｋ＆Ｃ试验设备典型的Ｋ＆Ｃ试验台分为单轴和双轴，双轴可１悬架系统的Ｋ＆Ｃ以一次完成前后悬架的测试，单轴则需要前后悬架分开测试，但测试结果完全相同。试验前将车１．１什么是Ｋ＆Ｃ？Ｋ代表英文Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，即不考虑力和质量的身用夹具固定，四个车轮停放在四个可上下、左右、前后运动以及转动的浮动托盘上，并在四个车收稿日期：２００９－０３—３０上海汽车２００９．０８·１９·万方数据 轮上安装传感器。试验时，对四个车轮下的托盘施加运动或转动，通过车轮上安装的传感器测量悬架系统的各个参数。试验结束后对测试结果进行相应的后处理即可得到完整的悬架Ｋ＆Ｃ试验报告，美国通用称之为整车操纵性文件，可以看出该性能对操纵稳定性的重要程度。２Ｋ＆Ｃ试验方法及测试参数悬架系统Ｋ＆Ｃ试验主要分六个方面：垂直加载试验、侧倾试验、侧向力试验、回正力矩试验、纵向力加载试验、转向几何特性试验。接下来以单轴试验台架为例对六个方面进行简要叙述。２．１垂直加载试验双轮同时同向往复运动，如图１所示。加载范围：最小轴荷５００Ｎ到２．５倍或２．９倍轴荷。表１是该试验的主要测试参数及定义。图１垂直加载试验示意图表１垂直加载试验测试参数及定义垂直加载测试参数定义前束角变化轮胎接地点垂直位移和车轮转角关系外倾角变化轮胎接地点乖直位移和车轮外倾角关系后倾角变化轮胎接地点垂直位移和后倾角关系悬架刚度车轮中心垂直位移和垂向力关系轮胎径向刚度轮胎静载半径和垂向力关系车轮中心纵倾变形轮胎接地点垂直位移和车轮中心纵向变形关系２．２侧倾试验通过给定的侧倾角驱动车轮接地面往复运·２０·万 方数据动，保持接地平面水平以及载荷不变，如图２所示。表２为侧倾试验的主要测试参数及定义。图２侧倾试验示意图表２侧倾试验测试参数及定义侧倾试验测试参数定义侧倾转向侧倾角和车轮转角关系侧倾外倾侧倾角和车轮外倾角关系侧倾后倾侧倾角和后倾角关系侧倾刚度侧倾角和侧倾力矩天系２．３侧向力试验同时同向对两轮加载侧向力，调整轮胎接地面垂直以保持车轮中心在同定高度上，试验方法如图３所示。加载范围：每个轮胎上轮胎接地面加载＋／一２５００Ｎ。表３为侧向力加载试验的主要测试参数和定义。侧向图３侧向力加载试验示意图２．４回正力矩试验同时同向对两轮加载回正力矩，该试验的目上海汽车２００９．０８表３侧向力加载试验测试参数及定义侧向力加载测试参数定义侧向力变形轮胎接地点侧向力和车轮中心侧向变形侧向力转向轮胎接地点侧向力和车轮转角侧向力外倾轮胎接地点侧向力和车轮外倾轮胎侧向刚度轮胎侧向变形和侧向力关系接地点侧向力变形轮胎接地点侧向力和侧向力变形关系的是研究车轮受到回正力时悬架系统的性能。试验如图４所示。加载范围：每个轮胎上轮胎接地面加载＋／一１５０Ｎｍ。表４为回正试验主要测试参数及定义。图４回正力矩试验示意图表４回正试验测试参数及定义定义Ｉ轮胎接地点同正力矩和车轮转角关系ｌ轮胎接地点回正力矩和车轮外倾角关系Ｉ同时同向对两轮加载纵向力。主要测试悬架系统在受到纵向力之后的性能，试验如图５所示。向力试验主要测试参数及定义见表５。手动转动方向盘，测量转向主销各参数。加上海汽车２００９．０８万 方数据图５纵向力加载试验示意图表５纵向力加载试验测试参数及定义纵向力加载测试参数定义制动力或牵引力变形轮胎接地点纵向力和车轮中心纵向变形制动力或牵引力转向轮胎接地点纵向力和车轮转角制动力或牵引力后倾轮胎接地点纵向力和后倾角制动力外倾轮胎接地点纵向力和车轮转角关系制动力抗点头和牵引力抗抬头轮胎接地点纵向力和垂向力关系表６转向系统几何测试参数及定义转向系统几何测试参数定义主销后倾角车轮转角和主销后倾角关系主销内倾角车轮转角和主销内倾角关系主销内倾内置量车轮转角和轮胎接地点纵向变形主销后倾偏置量车轮转角和轮胎接地点侧向变形关系主销拖距车轮转角和胎接地点变形关系Ｋ＆Ｃ参数评价以某车型开发为实例，对前、后悬架主要Ｋ＆Ｃ特性参数的最优设计范围进行概括，见表７和表上面关于某轿车前后悬架Ｋ＆Ｃ参数的最优结语本文对影响整车操纵稳定性的悬架Ｋ＆Ｃ特·２１·ｌ回正试验测试参数Ｉ回正力矩转向ｌ回正力矩外倾３２．５纵向力试验８，分Ｋ和Ｃ两个方面。设计范围，主要基于所开发的特定车型。该结果对其它车型具有一定的参考价值，但具体车型还需要具体对待。在进行纵向力试验时由于受到轮胎和托盘表面摩擦力的制约，纵向力很难加载到较大范围，悬架变形只能在线性范围内很难到达非线性区域。所以为了考察非线性区域特性，需要通过夹具将车轮和托盘固定，从而满足大纵向力加载的要求。纵４２．６转向系统几何测试载范围：车轮转动＋／一５０。主要测试结果见表６。性进行了论述。阐述了Ｋ＆Ｃ试验方法及所测试表７某轿车前悬架Ｋ＆Ｃ参数最优设计范围前悬架Ｋ＆Ｃ参数最优设计范围Ｋ＜运动学参数）静态前束角（ｏ）一Ｏ．２０～０．２０静态外倾角（ｏ）一０．５０主销后倾角（。）５主销内倾角（ｏ）＜１３主销内倾内置量（ｍｍ）＜６０主销后倾偏置量（Ⅲ）一０．５０～０．５０主销拖距（ｍｍ）一ｌＯ—ｌＯ前束变化（。／１００ｈｉｍ）Ｏ．２０～Ｏ．６０外倾变化（ｏ／１００ｒａｍ）一１．２一一１．８后倾变化（。／１００删）Ｏ．５＿１．５抗点头和抗抬头（％）＞２０偏频（Ｈｚ）１．１５～１．２５侧倾转向（％）３—７侧倾中心高度（ａｍ）７０一１１２侧倾中心高度变化（ｒａｍ／ｒａｍ）一２．５—２．５Ｃ（弹性运动学参数）侧向力转向（ｏ／ｋＮ）０．００～０．Ｉ侧向力外倾（。／ｋＮ）＜Ｏ．２０侧向力变形（。／ｋＮ）＜１．３２制动力或牵引力变形（ｍｍ／ｋＮ）＞＝５制动力或牵引力转向（。／ｋＮ）一０．１０～一Ｏ．０５制动力或牵引力后倾（。／ｋＮ）＜１．Ｏ表８某轿车后悬架Ｋ＆Ｃ参数最优设计范围后悬架Ｋ＆Ｃ参数最优设计范围Ｋ（运动学参数）静态前束角（。）０静态外倾角（。）一Ｏ．８～一１．０前柬变化（。／１００ｍｍ）Ｏ．１０一０．２０外倾变化（。／１００ｍｉｌｌ）一１．２～一１．８偏频（Ｈｚ）１．３５～１．４５侧倾转向（％）一３～７侧倾中心高度（ｒａｍ）ｌｏｏ～１３０侧倾中心高度变化（ｒａｍ／ｒａｍ）１．５～２．０Ｃ（弹性运动学参数）侧向力转向（。／ｋＮ）０．００～Ｏ．０５侧向力外倾（。／ｋＮ）＞一０．２５侧向力变形（ｍｍ／ｋＮ）＜２制动力或牵引力变形（ｍｍ／ｋＮ）３—４制动力或牵引力转向（ｏ／ｋＮ）０．ｏｏ一一０．０５回正力矩转向（。／ｋＮ）＜０．８参数，以某轿车开发为实例，提出了较为全面的悬架系统Ｋ＆Ｃ特性参数最优设计区域，为Ｋ＆Ｃ特性参数的评价和整车操纵稳定性的设计提供了依·２２·万 方数据据。由于Ｋ＆Ｃ特性参数之间互相关联，加上整车操纵稳定性的复杂性和车型的多样性，该评价体系只可作为新车开发时的参考，在对具体车型进行悬架和整车操纵稳定性开发时，还需要进行具体调试。参考文献１Ｈ．Ｂ．Ｐａｅｅｊｋａ．Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｅａｄｙｔｕｒｎｉｎｇｂｅ—ｈａｖｉｏｒｏｆｍｏｏｒｖｅｈｉｃｌｅ，Ｐａｒｔ１：Ｈａｎｄｌｉｎｇｄｉａｇｒａｍｏｆｓｉｍｐｌｅｓｙｓｔｅｍ，ＶｅｈｉｃｌｅＳｙｓｔｅｍＤｙｎａｍｉｃｓ，１９７３（２）．２【德］Ｍ．米奇克著，陈荫三译．汽车动力学ｃ卷（第二版）［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９７．３郭孔辉．汽车操纵动力学［Ｍ］．北京：吉林科学技术出版社，１９９１．４蔡章林，宋传学，安晓鹃．车辆稳态同转特性的虚拟仿真［Ｊ］．吉林大学学报（工学版），２００６（３）．５ＣａｉＺｈａｎｇｌｉｎ，ＳｏｎｇＣｈｕａｎｘｕｅ，ＡｎＸｉａｏｊＥｌａｎｅｔｃ．ＶｉｒｔｕａｌＳｉｒｅ—ＲｌａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＶｅｈｉｃｌｅＲｉｄｅＣｏｍｆｏｒｔ［Ｊ］．ＳＡＥｐａｐｅｒ，２００６．０１．６宋传学，袁鸿，蔡章林．基于多体系统动力学的悬架虚拟样机库［Ｊ］．吉林大学学报（工学版），２００８（５）．７蔡章林．动态仿真技术在悬架和整车分析中的应用研究［Ｄ］．吉林大学硕士学位论文，２００４．８蔡章林．基于ＶＰＤ技术的悬架设计及整车试验优化［Ｄ］．吉林大学博士学位论文，２００７．ＡｂｓｔｒａｃｔＨｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈａｎｄｌｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｖｅ－ｈｉｃｌｅｉｓａｑｕｅｓｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｅｎｇｉｎｅｅｒｓｗｉｔｈｔｈｅｄａｉｌｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｕｓｔｏｍｅｒｓ．Ｉｔａｌｓｏｒｅｓｔｒｉｃｔｓｔｈｅｓｅｌｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｈａｓｓｉｓｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｉｓｔｈｅｓｏｕｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅａｓｗｅｌｌａｓｈａｎｄｌｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｉｆｙｏｕｗａｎｔｔｏｒｅ’ｓｅａｒｃｈｈａｎｄｌｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｉｆｙｏｕｗａｎｔｔｏｉｎ—ｖｅｓｔｉｇａｔｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｙｏｕｍｕｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｔｓＫ＆Ｃｍｅｔ’ｒｉｃｓ．Ｓｏｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｑｕｅｓｔｉｏｎｓｗｉｌｌｂｅａｎｓｗｅｒｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ：ｗｈａｔｉｓｔｈｅＫ＆Ｃ？ｗｈｙｄｏｗｅｒｅｓｅａｒｃｈＫ＆Ｃ。ａｎｄｈｏｗｔｏｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅＫ＆Ｃｍｅｔｒｉｃｓ？上海汽车２００９．０８悬架系统K&C特性综述
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蔡章林， Cai Zhanglin泛亚汽车技术中心有限公司上海汽车
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引用本文格式：蔡章林.Cai Zhanglin 悬架系统K&C特性综述[期刊论文]-上海汽车 2009(8)
