全文约4485字 预计阅读时间15分钟
底盘性能开发流程
随着中国汽车产业的不断发展，用户对汽车性能品质要求的不断提高，尤其是对驾驶和乘坐相关的底盘性能越发的关注，各个主机厂都在想尽各种办法提升车辆的操作稳定性、转向性能、平顺性能等底盘性能，并通过科学的设计平衡各个底盘性能指标之间的矛盾，提升车辆的整体动态行驶品质。针对底盘性能的设计开发和验证，必不可少的出现在车辆开发的各个环节。在研发过程中如何进行底盘性能的设计与达成是值得探讨的重要课题。
底盘性能主要包含车辆的操纵稳定性、平顺性、转向性能、制动性能。和其密切相关的车辆系统主要是悬架系统、转向系统及制动系统。结合底盘性能开发的流程，如图1所示，本文围绕汽车产品研发过程中战略分析、对标分析、目标设定、目标分解、详细设计、试验验证各阶段的工作内容和要求，阐述底盘性能开发的设计与流程。
图1 底盘性能开发流程
在设计开发一款车型之前，会进行大量的调研和分析论证。通过市场声音梳理和归纳，提取有用信息及用户痛点，分析以往车型的优势和问题，指导研发车型的开发。底盘性能开发工程师会参与其中，依据用户特征、市场诉求、战略规划、产品属性、供应商资源、技术成熟度等各个维度，对车辆的运动性能做出方向性确认：例如，是设计一款偏向于家用，舒适性较高的城市SUV；或是设计一辆偏向于年轻用户，具备较强运动操控的轿跑。接着，会根据性能定位，来细化底盘性能水平，比如车辆的操控要和某同类型的标杆水平一致，车辆的舒适性能要优于标杆车水平。此外，需要协调底盘性能和其他性能板块之间的关系，并依据时间周期，成本等各个维度综合考虑。
3.标杆研究
标杆研究主要是将对标车及竞品车进行研究，作为后期设计车辆的依据和参考。标杆车可以是企业已研发的某些款车型，或是企业已上市的老款车型，亦或是现有底盘平台。竞品车以市场上其他企业及研发车辆上市后的主要竞争车辆为主。
底盘性能开发主要运用的三个工具分别为：主观评价、客观测试及仿真分析。在标杆研究及后续的各个阶段，三者相互补充，相互配合，最终完成底盘性能的开发。
图2 底盘性对标的主要内容
主观评价——“这车好不好，开了、坐了才知道”
底盘性能的主观评价,是前期对标及后期底盘调校最重要、最直接的手段。底盘性能的主观评价方法，是依据用户的使用场景及车辆底盘动力学的特性，提炼出来的科学、实用的评价方法。
一套完整的底盘性能评价方法，通常包含了四级指标。一级指标包含操纵稳定性、转向性能、平顺性能、制动性能等。二级指标，以平顺性为例，包含光滑路面的平顺性、粗糙路面的平顺性、离散路面的平顺性。而光滑路面的平顺性又分为初级平顺性、次级平顺性等。以三级指标初级平顺性举例，包含跳动位移、漂浮感、俯仰平衡、突兀感、头部晃动等。
客观测试——“用数据说话”
客观测试数据是底盘性能水平的主要表征手段。主要包含三个层级，整车测试、系统测试、零部件测试。整车客观测试包含整车的操纵稳定性测试、平顺性测试、转向性能测试、制动性能测试等；系统测试最核心的是悬架的K&C测试；零部件测试包含底盘硬点的测试、衬套、缓冲块、减振器、轮胎力学性能的测试等。
仿真分析——“保驾护航”
仿真分析，主要在车型开发前期无实车阶段，设计车辆的底盘性能，保证底盘布置设计的合理性及相关零部件参数的最优范围。通过车辆的动力性理论及相关的仿真软件，完成整车操稳、悬架K&C的仿真分析及优化。
在标杆研究阶段，会运用上述方法对对标车进行主观评价、客观测试及搭建相应的标杆车动力学仿真模型，为后续目标的设计和分解打好基础。
图3 底盘性能开发主要手段
底盘性能目标的设定，是基于对标车及竞品车的对标测评结果，并结合企业长期积累的主客观数据库及开发经验。
首先，通过对市场和客户需求分析，开发部门转化成工程语言，研究其性能指标，通过对竞品车辆的研究，结合自身车辆的概念设计，最终确定底盘性能目标。目标设定应该是广泛征求大家的意见，所制定的目标要具有合理性和可执行性，既不能过高，也不能过低，以平衡产品性能的竞争力和开发成本。
整车开发目标内容的制定需要既包括主观评分目标的制定，也包括客观目标值的制定，其中主观评价采用10分制，不同评价主体的评价方法和评分原则描述如下图4-5示例。通过对行业同类竞争车和标杆车在对应工况和评价环境下进行相关的底盘性能主观评价，结合项目开发级别的定义和关键底盘竞争力提升的决策，最终制定底盘主观评分开发目标。
图4 底盘性能主观评价十分制评分方法（SAE标准）
图5 底盘性能主观目标设定示例
接着，需要将性能目标逐级分解。将主观目标分解到整车客观级，悬架、转向、轮胎、制动等系统级别，再到硬点布置、弹性件特性曲线、零部件尺寸等各个零部件级别。
表1 客观测试项目指标分解
在底盘性能的详细阶段，主要是要对底盘零部件的布置位置、尺寸大小进行详细的设计。期间，会根据前期的数据，进行精细化设计、优化和迭代。同时，运用大量的CAE分析手段，对零部件的刚强度、疲劳耐久进行分析和优化。最终落实到可工程化的图纸上，作为后续生产制造的依据。
图5 底盘动力学仿真分析
在详细设计阶段，还会发布底盘零部件的调校清单，如弹簧的刚度、稳定杆的直径、衬套的刚度等，用于后期的调校匹配工作。
在样车生产出来之后，就从虚拟分析阶段到了实车的验证阶段。本阶段会对样车进行测试摸底，用于确认前期设计是否有偏差，车辆性能指标是达成目标。如出现较大差异，需要寻找原因，重新进行详细设计。一般企业会提前制作“杂合车” 进行验证及评价调校，以尽早验证设计的有效性。之后，还会经历多轮次的工程样车的反复迭代。
底盘调校，就是将底盘的关键零部件进行匹配和设计，找寻到一套最优的方案，用于达成性能目标。底盘调校的主要零部件包含：弹簧、稳定杆、衬套、缓冲块、轮胎、转向机及助力特性、减振器等。通过调校，会发布零部件的最终方案，用于生产制造、装配最终的量产车。
汽车底盘性能开发涉及到方案、设计、验证的不断迭代和反复，是一项复杂的技术工作。底盘性能开发流程作为一种成熟可靠的技术指南，已广泛应用于汽车产品开发。
工程技术解决方案之底盘性能开发（二）
底盘性能对标及目标设定
在汽车产品开发前期，通过大量的市场信息调研和性能对标，建立产品性能对标数据库，对于汽车底盘性能目标定义具有重要的工程应用价值。前期底盘性能目标的设定是否合理，直接决定了其他性能优劣和产品市场竞争力。
车辆底盘性能主要包括车辆操纵稳定性、转向性能和平顺性能。
操纵稳定性：指汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力（操纵性）和受到外界扰动（路面扰动或突然阵风扰动）后恢复原状态的能力（稳定性）。
转向性能：转向性能是指车辆在行驶或停止过程中，通过施加转向输入，车辆所表现出来的动态响应及包括转向感觉、转向反馈和转向力在内的车辆转向特性。
平顺性：指汽车在行驶状态下，由于路面不平而引起的座椅振动对驾驶员舒适性的影响程度。
底盘性能开发分为性能对标、目标设定、设计分析及优化、设计验证和底盘调校五个阶段，开发流程如图1所示。
图1 底盘性能开发流程
其中性能对标及目标设定工作在底盘性能开发的最前端，为底盘性能开发奠定了数据基础并指明了开发方向。
底盘性能对标主要采用两种方法，主观性能评价和客观性能测试，两者相互依存、相互补充。
3.1主观评价
对标车主观评价即按照主观评价体系对对标车操纵稳定性、转向性能及平顺性进行详细的评价，以全面掌握对标车型的性能特点、风格定义及性能优劣点，为后续的性能目标制定及性能开发提供强有力的数据支撑和指明方向。
图2 主观评价体系
3.2客观测试
底盘性能客观测试可以分为三个层次，自上而下分别是整车性能对标试验、系统性能对标试验和零部件性能对标试验。
图3 底盘性能客观测试体系
(1) 整车性能对标试验
操纵稳定性试验：是按照试验标准或规范，通过安装仪器设备测量车辆方向盘角度、方向盘力矩、车轮转角、车辆横摆角速度、车身侧倾角、车身侧向加速度、车辆侧偏角和车速等参数，以计算一些可以表征车辆操纵稳定性的参数。
表1 底盘操稳性能测试结果
图3 操稳性能测试曲线
转向性能试验：是按照试验标准或规范，通过安装仪器设备测量车辆方向盘角度、方向盘力矩、和车速等参数，以计算一些可以表征车辆操纵稳定性的参数。
表2 底盘转向性能测试结果
图4 底盘转向性能测试结果
平顺性试验：主要是用于评价车辆行驶平顺性，通常通过布置三轴向加速度传感器来模拟人体感知，在车辆方向盘、座椅坐垫、座椅靠背、地板分别布置三轴加速度传感器，在规定道路上（平滑路面或粗糙路面）行驶时采集加速度数据，并计算出与车辆平顺性相关的指标。
图5 底盘平顺性能测试结果
(2) 系统性能对标试验
系统试验主要是指悬架K&C性能试验、转向几何特性试验等，均可在K&C试验台上完成。
K&C试验就是在K&C试验台上模拟道路激励导致的悬架运动，测试和评估悬架的特性参数。
K（Kinematics）：运动学特性，不考虑力和质量，只考虑悬架连杆的车轮运动。
C（Compliance）：弹性运动学特性，也就是由施加力导致的变形，是与悬架系统的弹性元件变形相关的车轮运动。
K&C试验主要分为垂直加载试验、侧倾试验、侧向力试验、纵向力试验、回正力矩试验和转向几何特性试验这6个试验工况，当然也可按客户需求完成垂跳+转向、侧倾+转向等组合性能试验。
图6 K&C试验工况
试验后方可得出悬架垂向刚度、侧倾刚度、轮胎径向刚度、转向传动比、侧倾中心高、车轮转向梯度、车轮外倾梯度等参数，得以清晰的反应底盘悬架和转向性能水平。
图7 K&C试验结果
(3) 零部件性能对标试验
零部件性能对标包含轮胎六分力测试、弹簧刚度测试、稳定杆扭转刚度测试、衬套动静刚度测试、减振器阻尼力测试、缓冲块刚度测试等。
零部件性能试验可以测量出对标车零部件性能指标，反应出零部件性能水平，同时作为仿真分析输入用于开发车型底盘性能设计及优化、设计车型零部件参数发布、调校零部件参数发布等，指导底盘系统及零部件性能开发。
图8 零部件性能对标测试
基于对标车性能测试结果和产品定义与风格要求制定底盘一、二、三级性能目标，通常包含主观性能目标、客观性能目标和K&C性能目标三部分。
表3 底盘主观性能性能目标
表4 底盘客观性能目标
表5 底盘K&C性能目标
在详细设计阶段，还会发布底盘零部件的调校清单，如弹簧的刚度、稳定杆的直径、衬套的刚度等，用于后期的调校匹配工作。
底盘性能对标及目标设定是底盘性能开发过程中两个必不可少且极其关键的环节。基于系统的主观评价体系和客观测试体系，结合先进的评价测试手段可全面且详细地获得对标车性能指标，清晰地反应出对标车真实性能水平，为开发车型定位、性能目标制定奠定坚实的数据基础，也为底盘性能开发指明了方向。
