汽车底盘系统集成匹配与精益研发

汽车底盘系统集成与匹配对汽车操纵稳定性、舒适性、主动安全性和制动性具有决定性的影响,随着技术的进步和时代的发展,顾客对这些性能的要求越来越高,已成为决定顾客是否购买的重要因素。底盘系统是一个有机的整体,底盘内部各系统及参数之间的关系错综复杂,相互影响相互制约,单纯靠仿制国外成熟产品,已无法提供满足市场需求的汽车产品,因而底盘系统集成和匹配对汽车新产品开发具有特别重要的意义,已成为我们自主开发能力建立的关键环节。

底盘系统集成技术的策略和方法

1.底盘系统集成的概念

在现有底盘平台和设计资源的基础上,通过系统及零部件的组合、匹配和优化实现整车设计目标(性能、成本、零部件共通化等),最大程度地重用企业成熟的底盘平台和设计资源,以降低成本,缩短开发时间,应对复杂多变的汽车市场。

2.系统集成的目标和任务

1)以最小的代价和最快的速度实现整车开发目标;

2)通过系统集成实现公司内部和外部资源(供应商、技术服务商)的有效整合;

3)通过系统集成加强项目管理和各部门之间的工作协调;

4)提高汽车产品质量和可靠性;

……

3.底盘系统集成的方法

底盘系统开发技术可分为零部件级、系统级和整车级三个层次。通过自顶向下的设计目标分解和自底向上的零部件重用及系统综合构建底盘系统的集成框架。底盘系统集成首先将开发目标分解,然后在分解的基础进行综合,进而实现底盘系统的集成。

1)设计目标分解

设计目标的分解采用自顶向下的方式。零部件级、系统级和整车级设计目标必须量化,分别用整车级、系统级和零部件级参数表示,参数包含尺寸参数、性能参数、成本参数、重量参数等。整车级参数处于最高层,系统级参数处于中间,零部件级设计目标参数处于最底层。整车设计目标参数控制系统级设计目标参数,系统级目标设计参数控制零部件级设计参数,换句话说,系统级目标设计参数的变动不能超越整车设计目标的框架,零部件级设计参数的变动不能超越系统级设计参数的范围。整车参数最少和粗略,越往下设计参数越多越细,对产品的描述越清晰、具体。

整车开发目标的分解是系统集成的前提,目前,开发目标分解主要依靠我们对产品的理解、经验、企业的实际情况。随着工作的开展,我们的经验和数据积累越来越多,目标分解将基于Benchmark数据库,并综合运用CAE技术和试验支撑,整车开发目标的分解将趋向完美。

2)系统综合和零部件重用

通过整车设计目标分解和规划,可形成多种底盘系统设计方案。通过系统综合可判断设计方案的可行性,是否达到设计目标的要求,并综合运用CAE和试验手段优化设计方案,其原则是以最大程度地底盘零部件共用和最少底盘系统参数变动达到整车设计目标的要求。由于汽车是高度复杂的产品,而我们的知识和经验是有限的,一次分解和综合过程往往不能达到设计目标的要求,因而要经过多次分解与综合迭代才能形成优化的底盘设计方案。

3)底盘系统调校

在样机阶段和产品开发的后期,通过底盘系统调校进一步优化底盘性能。

  • 微调悬架弹簧和稳定杆刚度;
  • 微调减振器阻尼特性;
  • 微调衬套特性;
  • 动力转向系统匹配;
  • 制动系统调校。

4)设计目标分解和综合的原则

最大程度地重用公司的现有资源,包括可控制的资源,最大程度地零部件共通化;

②目标分解和综合的最终目的是实现设计任务书的要求,一般情况下都修改底盘平台的设计及底盘参数调整,修改设计的原则是首先修改零部件设计和参数,如果修改零部件设计不能达到设计目标要求,则考虑修改系统级设计参数,尽量不要修改整车参数,其原因有二个:一是修改零部件设计只能影响汽车局部,不会影响到系统和整车级设计参数,系统级参数修改会影响系统设计和零部件设计,而整车修改参数将影响全局,因而修改整车参数将大大提高工作量,技术风险随之增大;二是修改零部件设计可将开发风险转移。

5)底盘系统优化匹配

从优化设计的角度看,上述底盘系统集成策略和方法包括三个层面的优化:

  • 在设计目标分解阶段,主要依靠工程师的经验和已经积累的设计数据及标准规范,剔出不合理的方案,对底盘系统设计方案进行初步优化;
  • 在系统综合阶段,可运用CAE手段和试验手段对设计方案进行优化选择;
  • 在底盘参数调校阶段,通过主、客评价并运用CAE手段对底盘系统进一步优化。

通过三个层面的优化,将确保实现我们的整车开发目标,同时也将发现整车目标设定不合理的地方,为目标设定的合理性提供支持和积累经验。

底盘系统集成与匹配着重考虑的问题

底盘系统集成与匹配分为三个层次:整车级、系统级和零部件级,三个层次考虑的问题不同。

1.整车级

整车级应着重考虑汽车操纵稳定性和舒适性、成本、重量、整车尺寸(轮距、轴距、总长、高度等)、动力性、燃油经济性、制动性、通过性等。

整车参数代表整车性能,亮点和特色是什么?我们开发的汽车新产品将以什么样的面目展现在消费者面前。

2.系统级

1)悬架系统

悬架结构形式、动静态定位参数、硬点布置、悬架行程、弹簧刚度、减振器阻尼特性、侧倾刚度、侧倾中心、横向刚度、纵向刚度、主销偏移、前后轴荷等。

2)转向系统

转向系结构形式、硬点布置、传动比、助力特性、转向系统扭转刚度、车轮最大偏转角等。

从操纵稳定性和舒适性的角度看,悬架系统和转向系统联系密切,二者之间的优化匹配很重要。

3)制动系统

制动系统结构形式、制动力分配系数、制动踏板力及随动性、制动灵敏性、最大制动力矩、制动因数、ABS等。

4)传动系统

传动系统结构形式、硬点布置、主减速比、变速器各档速比、扭转刚度等。

5)轮胎

轮胎型号、价格、承载能力、滚动阻力系数、噪音、径向刚度、侧偏刚度等。

3.零部件级

    汽车底盘零部件大部分由供应商提供,汽车底盘零部件着重考虑其刚度、强度、耐久性、重量、价格。

底盘系统集成支撑技术

底盘系统集成和系统匹配工作刚刚开始,有大量复杂而艰巨工作要做,底盘系统集成技术应从以下几方面开展。

1.知识继承和积累

    由以上分析可知,系统集成与匹配在很大程度上依靠以往的经验、数据和产品,因而知识、数据和以往的产品开发经验是我们最宝贵的财富,我们必须建立数据管理系统,实现数据的有效管理和积累。

①开发数据和资料的积累与管理;

②设计标准和规范的建立。

2.底盘平台规划

建立底盘平台,采用基于平台的新产品开发策略是我们的发展方向,基于平台的新产品开发能够极大地提高产品开发速度、提高产品质量和降低成本。底盘平台的规划应根据公司发展计划和产品规划建立,底盘平台应涵盖公司的现有汽车产品系列。

平台规划要注意三个问题:

①底盘平台应具有先进性,要在较长的时间内保持技术上的先进性,平台要不断优化。

②底盘平台应具有较好的可扩展性,能在该平台上开发出一系列的产品。

③底盘平台数量不宜多,这样可降低成本,也有利于公司集中力量进行平台优化。

平台规划是一项具有战略意义的,这项工作做好了,就为以后的产品开发奠定良好的基础。例如长安SC6350微车平台就是一个很好的例子,长安在该平台上开发出了一系列的产品,支撑了长安公司的快速发展,至今仍然具有很强的生命力;丰田公司的卡罗拉平台,至今已发展到十代,销量超过3000万台。

3.仿真分析评价技术

仿真分析评价是底盘系统集成的一项重要的支撑技术,贯穿于产品开发流程的各个环节,是底盘系统优化匹配的重要手段,在样机制作以前仿真分析是唯一的评价方法,在产品开发过程中应尽可能多地进行仿真分析评价,发现设计中潜在的问题,以减少技术风险。

    仿真分析评价的内容主要包含以下9个方面:

  • 空载、设计和满载三种状态下车辆姿态;
  •  弹簧参数匹配;

在总体布置阶段主要是满足车辆姿态要求,并通过整车模态分析和R&H分析评价其合理性。

  •  离地间隙(动态)校核

    计算典型行驶工况下车辆的离地间隙变化,避免发生干涉情况。

  •  前后悬架K&C分析评价;

    计算定位参数在各种工况下的变化。由于评价指标众多,可从中选择主要部分做评价。

  • 整车模态分析及系统级模态分析

    整车模态是车辆动力学的固有特性,可另一角度评价车辆的R&H特性,同时可为提高整车动力学性能指明方向。

  • 整车Handling分析评价;
  • 整车Ride性能分析评价;
  •  底盘关键零部件刚度强度分析及耐久性分析;
  • 轮胎包络分析。

    仿真分析评价工作应从以下几方面开展:

  • 数据收集与管理

底盘系统CAE分析内容多,需要的数据量大,数据的正确性非常重要,必须加强数据管理,建立有效的数据管理机制。另外,数据管理对知识的积累和沉淀具有重要意义。

  • CAE模型建立技术

CAE模型分为三个层次:整车级、系统级、零部件级。

  • 底盘各子系统多体模型;
  •  整车操纵稳定性和平顺性分析模型;
  • 底盘关键零部件有限元模型。

以上模型是一个有机整体,底盘子系统多体模型可进行系统级的性能分析评价,子系统模型组合在一起可构成整车级多体模型,整车级多体模型可进行整车级性能分析评价;系统级和整车级多体动力学分析可对零部件级的有限元分析提供边界条件,零部件级有限元分析可为系统级和整车级性能分析提供支持。

l        悬架K&C评价规范和方法

l        整车R&H评价规范和方法

建议与整车操纵稳定性舒适性主客观试验评价相结合,基本保持一致。

l        软件环境

Adams:用于基于结构的车辆动力学性能分析,底盘关重件载荷谱分解;

Carsim:专用于基于总成特性的车辆动力学性能分析汽车底盘控制系统分析的工具软件;

AnsysHyperworksPatran/Nastran:用于底盘零部件刚度强度分析;

Fatigue:用于底盘零部件及焊缝耐久性分析;

isight:用于多学科优化。

4.试验设备及技术

试验也是新产品开发的重要支撑,特别是在样机制作完成后,试验评价是检验产品性能最直接和可靠的手段,另外,试验结果可用于校正仿真分析模型,提高仿真分析的可靠性,并将CAE分析技术引向深入。

①操纵稳定性和舒适性客观测试设备

KC试验台(用于悬架特性测试)

③制动系统试验台;

④试验规范、试验技术;

试验规范应与分析规范一致

⑤路谱采集与处理;

⑥底盘零部件刚度强度试验;

⑦试验数据处理。

5.构建完善的底盘开发流程

底盘系统开发有全新开发、大型改进开发、局部改进开发三种类型,分别建立对应的三大开发流程。

①悬架系统开发流程和规范;

②转向系统开发流程和规范;

③制动系统匹配流程和规范;

④传动系统匹配流程和规范。

新技术跟踪和预演

    当今世界,科学技术日新月异,汽车技术也在飞速发展,我们在加强自主开发基础能力建设的同时不要忽略对新技术的跟踪和预演。

  • 数字化底盘技术;
  • 成本、性能、结构之间的平衡技术;
  • 质量设计和控制技术;
  •  仿真分析评价技术;
  • 系统集成技术;
  • 半主动/主动悬架技术;
  • EPSESP技术;
  • 四轮转向技术;
  • 底盘综合控制系统;
  • 新型轻量化材料在底盘零部件中的应用;
  •  ……。

    底盘系统集成与匹配是一项系统性强、涉及面广的工作,涉及到设计、试验、仿真分析、工程化、数据和经验积累、管理、供应商资源等方面的问题,我们还有大量的基础性工作要做。系统集成与匹配技术是主机厂必须掌握的核心技术,只有掌握了系统集成与匹配技术才能真正实现自主开发的理想,开发出满足顾客需求的产品。我们一方面要抓产品开发,另一方面要抓能力提升,二者不可偏废,产品开发是目的,而能力提升是支撑。

董益亮

发表于: 2011-11-16 09:48 阅读(13483) 评论(18) 收藏 好文推荐

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# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 14:00 | 长安汽车 | 1楼
不错  顶一个 系统全面
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 16:04 | Louiepy | 2楼
这篇很不错啦,顶
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 17:37 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 3楼
不错啊,给你们投票了~·
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 17:46 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 4楼
.底盘系统不错
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 20:25 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 5楼
好、绝。了解长安产品研发的精益求精,长安技术的先进划。买长安车更放心,买的放心,买的踏实,用的舒心。
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 21:55 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 6楼
很详细,拿走了哈
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 22:38 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 7楼
不错很有见地
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 22:50 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 8楼
写的挺好,支持一下下,O(∩_∩)O~
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 22:51 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 9楼
文章对汽车底盘的集成匹配及精益研发技术做了详细的介绍,值得仔细研究!
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 23:13 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 10楼
这篇汇集了底盘开发中CAE仿真之精髓啊,顶!
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-16 23:39 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 11楼
真的做了很多工作呀
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-17 22:13 | 【匿名用户】:E-works热心网友pchy | 12楼
太厉害了
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-17 22:13 | 【匿名用户】:E-works热心网友phy | 13楼
hello 悦翔必须厉害
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-17 22:14 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 14楼
崇拜
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-17 22:14 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 15楼
哦了 喜欢顶个
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-17 22:16 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 16楼
O(∩_∩)O~喜欢没理由哦
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-18 23:09 | 【匿名用户】:E-works热心网友 | 17楼
支持,支持
# re: 汽车底盘系统集成匹配与精益研发
2011-11-19 08:49 | qs5992 | 18楼
精英啊

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