【技研】硬点调整对KC特性的影响

写在前面

这篇文章是我在东家技术职称升级所用的文章，写的观点是否正确，还请各位业界人士多多指正。当然硬点调整大多数人是反对的，一套成熟的硬点，你随便调整，出了问题怎么把控。如果一定是这个观点，那下面就没法聊了，呵呵。各位大神见谅，能不能调，先看看硬点调整对KC特性的影响吧。

什么时候涉及到动硬点，逆向开发的时候，还有就是同平台出新车型，硬点需要根据整车尺寸调整的时候。业界比较流行的是灵敏度分析法，我用一种比较基础的方法，描述一下硬点对KC特性的影响。这种方法是受车和家性能工程师雷工所使用方法的启发，先行感谢。

正文

话不多说，现在开说。通过对底盘架构尺寸调整得到新平台底盘硬点是现阶段常用的悬架硬点开发方案。这种开发方案可以避免因为硬点设计不合理而导致后期操稳性能不达标，减少后期工作的反复。悬架的KC特性对整车操纵稳定性能有直接影响，硬点决定了悬架的K特性，因此需要首先针对悬架K特性对硬点进行优化设计，待硬点初步设计完成后，可通过调整悬架弹性元件参数，来满足C特性指标要求。本文通过变化趋势分析和灵敏度分析两种方法，对平台新车型底盘架构尺寸调整后的底盘硬点进行优化分析。

说到调整硬点，我们常见的流程一般是：

1. 根据整车设计要求，调整底盘平台架构尺寸，如调整整车姿态、整车尺寸、底盘悬架的硬点平移、轮心上下跳动行程等；

2. 设置KC特性目标，作为硬点调整依据，目前的开发方法选择以原平台车型为基础，结合其KC分析结果进行目标优化；

3. 调整优化经底盘平台架构尺寸调整以后的悬架硬点，以获得理想的KC特性。

1 底盘架构调整方案

根据整车尺寸的设计要求，底盘平台化架构调整的方案主要有在原底盘平台基础上的轮距加宽，轴距加长，轮心抬高或降低等变化。

1.1 轮距调整

轮距调整的方案常见的有3种：

1. 单侧悬架硬点Y向平移；

2. 悬架杆系内点不变，外点随转向节随轮距调整变化，即调整杆系长度；

3. 调整转向节轮毂轴承安装面或者轮辋偏距。

1.1.1 单侧悬架硬点Y向平移

如图所示硬点Y向平移，实现轮距的调整，可以最大程度保证KC特性与原平台一致，降低因KC特性的变化而造成的风险。

此方案需要调整主要零部件是车身总成，可以最大程度的满足新平台与原平台导向机构零部件（悬架杆系）的共用，减少设计开发成本。由于副车架与车身纵梁的关系，此方法可以配合整车加大机舱宽度，有利于更换动力总成后机舱零部件的布置。

1.1.2 调整悬架杆系长度

悬架杆系与副车架的连接点不变，通过调整悬架杆系外点，实现轮距的调整，如图所示：

再来个麦弗逊的：

此方**影响前束及外倾变化率。如图所示前束变化特性曲线：

上图为某车型采用悬架杆系加长的方法调整轮距后得到的前束变化曲线，红色实线为杆系加长后前束变化曲线，可见变化趋势变缓。通过仿真，侧倾中心高度由138mm变为136mm。

该轮距调整方案涉及到的主要零部件是各个连杆及控制臂，对于麦弗逊悬架来讲主要是下摆臂以及转向拉杆的长度，在整车尺寸需要加宽加长，车身纵梁不做调整的前提下，可以给前悬架调整车轮转角更大的空间，允许更大尺寸轮胎且整车转弯直径满足设计要求。

1.1.3 其他方案

1. 调整转向节轮毂轴承安装面

转向节是悬架各杆系与车轮的连接机构，可以通过调整轴承安装面与各杆系外点的距离，来实现轮距小范围的调整。

转向节的结构和尺寸需要调整，相对于下面提到的修改轮辋偏距方案，可以保证车轮中心与轴承中心的相对位置不变，从而保证轴承的设计寿命。

2. 修改轮辋偏距

开发新的平台车型，轮辋造型都会做出调整，在较小的轮距变化需求时，可考虑修改轮辋偏距，此方法可以最大限度保证悬架及轮边零部件共用。但需要调整车轮中心与轴承中心的相对位置关系，此处不一定变差，一般要求车轮中心与轴承中心的偏距≤10～15mm，过大的轮毂轴承偏距需要进行寿命校核。

1.2 轴距调整

轴距调整一般采用前后悬架硬点X向平移的方法（如图所示），需要参考原平台进行转向阿克曼率、车轮转角、最小转弯直径、传动轴角度的校核。

1.3 轮心高度调整

常见的轮心高度的变化方案有：硬点整体Z向平移；轮心按原悬架硬点上下跳动。

1.3.1 硬点整体Z向平移

悬架整体上下平移（如图2-6），需要调整副车架与车身安装结构和尺寸，同时需要根据悬架跳动行程的需要校核悬架杆系与车身关系，一般车身纵梁结构会随悬架上下平移同时调整。此方案可以保证悬架特性与原平台保持一致，同时保证了平台车型的零部件共用，缺点是下车身配合结构修改量较大，同时大多数的悬架平移对离地间隙的调整量无贡献。使用悬架平移的方案，要关注质心与侧倾中心的关系，最大侧倾增益会有所变化。

1.3.2 轮心跳动

轮心上下跳动得到新车型的轮心设计位置（如图所示），使新车型与原平台车型的KC特性曲线一致。设计位置调整，即新旧车型运用了相同KC特性曲线的不同区间。此方案可以保证悬架零部件与原车型保持一致，同时会有利于离地间隙调整，但设计位置使用的KC特性区域可能不如原车型的理想。

以某车型为例，轮心下跳10mm，外倾变化曲线调整前后对比如图所示，变化曲线随轮心跳动发生水平平移：

1.4 小结

目前底盘平台硬点设计的主要方法是选用现有成熟车型的硬点，参考其悬架的相关结构尺寸、性能参数设定，主要方法有：

1. 悬架硬点相对位置不发生变化，对于独立悬架的单侧硬点，通过整体X Y Z三个方向的平移，来实现平台变化要求，这种方法能最大限度的保证原平台悬架硬点的KC特性，可适当根据需要调整侧倾中心和纵倾中心，根据整车尺寸调整阿克曼率以及转向器行程。

2. 悬架硬点因零部件共用、整车尺寸姿态、离地间隙等要求，相对位置有明显调整，需根据悬架的KC特性曲线调整硬点，保证与原平台悬架特性趋近一致，或者达到设计目标调整要求。

根据整车要求调整完底盘架构尺寸之后，都需要根据悬架KC特性调整悬架硬点，下文针对KC特性进行硬点调整的方法进行讨论。

2 硬点调整对KC特性影响的分析方法

底盘平台架构调整完以后，需要对KC特性进行校验，对于不满足目标特性的指标要进行优化。平台硬点变化方案若是平移，KC特性与原平台车型不会有太大变化，则整车操稳性能与原平台车型也不会有较大出入。

如果根据新平台车型整车尺寸的调整需求，悬架硬点之间相对位置有调整，即非平移方案，为保证硬点决定的KC特性满足设定目标，需要对硬点的位置做出调整，根据前后分析结果的对比，从而做出针对KC特性的优化分析。

本文用到主要是以下两种方法：

1. 分析各硬点参数变化对KC特性变化趋势的影响。通过调整各硬点的XYZ坐标值，观察相应KC特性曲线的变化，直观得到硬点变化对KC特性的影响，并利用对变化趋势的影响结果调整硬点，以满足KC特性要求。

2. 分析各硬点参数变化对KC特性变化的灵敏度。通过ADAMS/Insight模块设计试验（DOE），得到各硬点对KC特性变化的灵敏度，根据灵敏度对硬点进行调整，达到满足KC特性要求的目的。

悬架的硬点调整对悬架K特性影响比较大，首先针对悬架K特性对硬点进行优化设计，硬点初步设计完成之后，可以通过调整悬架弹性元件参数，来满足C特性的指标要求。以下章节主要以K特性分析为主，验证硬点对悬架特性的影响。

3 硬点参数对KC特性变化趋势影响分析

3.1 变化趋势影响分析方法

前面说了一大堆，终于说到了文章的正题，这一节我们以麦弗逊前悬架为例进行分析，通过调整转向拉杆内点Y向坐标值，研究硬点调整对KC特性变化趋势影响分析的方法。

3.1.1 麦弗逊前悬架硬点参数

下表为某车型参考欧蓝德PHEV麦弗逊前悬架的硬点，调整转向拉杆内点，研究其调整对悬架KC特性的影响。

首先根据硬点建立前悬架ADAMS动力学模型：

最终建立模型如图所示：

3.1.2 硬点对KC特性的变化趋势影响分析

根据上文建立的模型，设置平跳及转向仿真，针对生成的分析结果对硬点再进行调整优化。本节通过对转向拉杆内点Y坐标调整分析对KC特性的变化趋势影响。

如下图所示，通过Y向（-5，+5）范围内的调整，可以观察前束随轮跳的曲线变化趋势：

转向内外轮转角变化如图所示：

阿克曼率变化如下：

最小转弯直径：

通过分析，可以得到以下结果：

通过观察转向拉杆内点对悬架KC特性的影响可以确定：

1. 转向拉杆内点外点XYZ三个坐标对前束变化、转向特性的影响较为明显，对外倾变化、主销后倾变化、主销内倾变化、侧倾中心高度几乎无影响。

2. 提升阿克曼率与减小最小转弯直径并不是矛盾的两个方向，如果轮胎包络与车身间隙限制了外轮转角，可以通过增大内轮转角的方法，同时提高阿克曼率，降低最小转弯直径。

3.2 麦弗逊悬架硬点对KC特性的变化趋势影响分析

3.2.1 转向拉杆硬点

按照前面章节中的方法，可以得到转向拉杆内点XYZ三向坐标对主要参数的影响。得到如下结果：

用同样的方法，可以得到转向拉杆外点XYZ三向坐标对主要参数的影响。结果如下：

通过以上分析可以得到如下结论：

1. 转向拉杆内点和外点的X值及Y值对转向特性影响较大；

2. 转向拉杆内点和外点的Y值和Z值对前束影响较大，且Z值影响更为明显。

在调整转向特性过程中，综合考虑前束变化，同时在调整前束变化特性时，综合考虑转向特性。转向拉杆内点Y值向内调整时，需要同时考虑与转向器小齿轮啮合点的距离，以免影响转向器齿条及壳体相关尺寸的布置空间。

3.2.2 前滑柱上点

下面用上面章节中的方法，分析减振器硬点对KC特性参数的影响。由于篇幅限制，只挑选对参数影响比较大的几个点进行分析。

通过以上分析可得出以下结论;

1. 前滑柱上点X值对主销后倾角影响比较大，其他因素影响较小，X向的移动会导致Caster offset的变化，具体看初始值;

2. 前滑柱上点Y值对前束外倾变化有影响，同时对主销内倾角有比较大的影响，另外需要说明的是，通过前滑柱上点Y值对侧倾中心高度只有小范围影响，在需要较大范围调整侧倾中心高度的时候不建议调整前滑柱上点Y值，会对其他因素造成影响；

3. 前滑柱上点Z值对KC特性参数相对较小，另需要注意Z值影响前弹簧的设计空间，同时对行人保护等因素有关键影响。

3.2.3 减振器下点

对于减振器下点的变化趋势影响分析如下：

通过以上分析可以得到结论：

1. 通过调整减振器下点Y值可以对外倾变化率做出优化，同时需要考虑对前束变化的影响；

2. 减振器下点X值的调整导致Caster
offset的变化，具体看初始值，通常Caster offset的值建议≤1mm，某些特殊情况也存在，比如目前雷克萨斯的RX450的值为3.5mm，考虑主销后倾拖距加大，改善回正特性。

3.2.4 下摆臂硬点

对于下摆臂外点的变化趋势影响分析如下：

对于摆臂内点，按照内点外点同时移动的方法，分析得到以下结论：

1. 下摆臂外点X值对主销后倾角和前束变化同时产生影响；

2. 下摆臂外点Y值对主销内倾角和前束变化同时产生影响；

3. 下摆臂外点Z值对主销内倾角和主销后倾角的影响相对较小，对侧倾中心高度及前束变化影响较大，可以通过Z值对其做较大幅度调整，调整时需要综合考虑以上因素。

对于下摆臂前点和下摆臂后点同时分析：

同时，按照内点外点反向移动的方法，分别做如下分析：

通过以上分析可以得出结论：

1. 下摆臂前点后点的Z值对悬架KC特性影响都比较大，具体可以看上述分析结果；

2. 下摆臂前点后点的X值和Y值的影响主要体现在前束变化。

3.3 小结

通过上述分析，可以确定各硬点对KC特性的变化趋势影响，确定硬点针对某一特性优化过程中，需要综合考虑对其他因素的影响，同时直观地体现出优化方法。