K&C试验台——底盘性能开发利器

2018-04-03 15:22:25·  来源:中国汽研  
 
在谈及汽车底盘性能时,人们常常提到“操控好不好”,“转向精确与否”,“车辆稳不稳定”,“舒适与否”之类的评价。那么在底盘性能开发中,是什么决定了底盘性能的好坏,好与不好这个主观评定是不是有客观的数据支撑?具体的数据是怎么应用到底盘性能开发的?以上的问题都离不开底盘开发中应用的一个利器,让我们跟随它来揭示底盘性能开发背后的秘密。
在谈及汽车底盘性能时,人们常常提到“操控好不好”,“转向精确与否”,“车辆稳不稳定”,“舒适与否”之类的评价。那么在底盘性能开发中,是什么决定了底盘性能的好坏,好与不好这个主观评定是不是有客观的数据支撑?具体的数据是怎么应用到底盘性能开发的?以上的问题都离不开底盘开发中应用的一个利器,让我们跟随它来揭示底盘性能开发背后的秘密。



概念

在认识这个利器之前,让我们先了解一下什么是车辆控制系统,车辆控制系统有什么用?
简单而言,车辆控制系统是指车辆在接受驾驶员转向、加速、制动等操纵指令后,车辆进行相应的响应和控制的系统。在车辆行驶过程中,车辆会受到由路面和车辆行驶状态产生的纵向、侧向、垂向的力,这些力通过轮胎和悬架传递到车身,对车辆的操控进行影响,他们会造成车辆侧倾、俯仰、转向不准确(跑偏)、颠簸和抖动,直接影响车辆操控性、稳定性和舒适性。



而车辆控制系统中最重要,对车辆的行驶产生影响最大的就是悬架系统的调校,如何控制纵向、侧向和垂向的力和相应方向的运动,是底盘调校和悬架系统调校的关键。

说起悬架系统调校,就离不开汽车悬架系统的K&C特性



K,是英文Kinematic的简写,是指悬架的理想化运动规律。车辆在行进过程中,遇到凹凸路面时或者车辆转弯时,车轮会产生上下跳动和侧倾,总结起来就是车轮上下跳动过程中体现出来的特性。C,是英文Compliance的简写,是指悬架中的柔性特性。在车辆行进过程中,车辆悬架的连接件(如橡胶衬套)在外力的作用下会产生变形,而这些变形会导致悬架机构的构型变化,从而影响整车操稳性能,总结起来就是柔性变形产生的特性。

K&C特性也是连接整车与零部件之间的桥梁。从系统级解释了为什么整车驾驶感受好或者坏,也从系统级描述了如摆臂、转向节、橡胶衬套各个悬架零部件组合在一起时的系统表现。当然,有了这个桥梁也使得工程技术人员在开发及调校车辆底盘时效率更高了。



K&C试验的目的

   

当车辆在路面运动时(如上图),车辆会受到纵向的加速力(加速或减速),车辆转弯时由于离心力对悬架产生的侧向力,以及路面的不平整对悬架产生的垂向力,这些力产生的合加速度对车辆在路面的实际表现产生着至关重要的影响。那么了解车辆及悬架在车辆在道路上的受力及位移,便是底盘性能调校的依据和关键因素,这也是K&C试验的目的。

通过将车辆置于K&C试验台,对轮胎或底盘缓慢的施加力或位移,模拟车辆在路面行驶时的悬架变化情况,来测量关键的力、力矩,悬架和底盘的位置变化等。

K&C试验的运用

车辆开发中K&C测试验证



上图为某车型在开发过程中K&C悬架刚度测试结果。通过对开发车辆的K&C测试数据采集,发现在刚度曲线中由缓冲块影响的非线性区域,刚度变化不线性、悬架摩擦力、缓冲块接触位置、刚度和悬架下跳行程方面存在缺陷并在主观驾驶中体现出来,随后对其进行优化,从而优化操控及乘坐舒适性性能。当然上述案例仅仅只是上百项K&C测试结果中的一项,完整的K&C测试能全面的测试出开发车型的K&C特性,验证它是否与设计一致,是否合理,是否存在问题。

对标测试



对标是汽车整车开发过程中的一个重要环节,通过对标杆车型进行K&C试验,获取K&C特性数据。可深度剖析标杆车在操控性和乘坐舒适性方面为什么好,或者为什么坏。从而知道开发的车型需要在哪些方面需要提升,哪些问题需要规避。进而提高产品质量和性能,赢得市场的认可。

量产车测试

通过对量产样车的K&C性能测试,得到量产车K&C值,与设计要求的数值对比,了解制造误差,并检查量产车一致性,从而提升产品的制造精度。

CAE仿真分析



CAE仿真是现代汽车设计中不可或缺的现代工具,为汽车的设计、产品质量、寿命、性能和成本方面发挥着不可替代的作用。通过K&C试验结果与仿真结果的对比,可以有效的验证模型的准确性;另一方面,K&C试验数据结果可以输出为Carsim模型格式,从而快速建立整车仿真模型,为车辆的性能分析和改进提供了有效快捷的数据基础。

典型K&C试验台

典型K&C试验台简介
在全世界范围内,有两个比较著名的K&C试验设备供应商, MTS公司的K&C试验台(Suspension Kinematics and Compliance Measurenment)和英国ABD公司的SPMM(Suspension Parameters Measuring Machine)。

MTS
Suspension Kinematics and Compliance Measurenment



ABD
SPMM-Suspension Parameters Measuring Machine



K&C试验台加载方式
当车辆在路面上过弯或者减速、加速过程中的实际表现为地面不动车身随之垂向跳动、侧倾、俯仰和横摆等运动,如下图。



为了在台架上模拟车身这些运动形式,现在的K&C试验台主要存在两种加载方式。一种是固定车身,车轮平台运动。另一种则是固定车轮平台车身运动。两种加载方式如下:
车轮平台运动液压加载



车轮平台运动加载方式的特点:
○ 车身不动,车轮随着车轮平台运动模拟侧倾及俯仰
○ 侧倾及俯仰时存在轮距、轴距、主销偏置距与实际的误差修正
○ 液压系统控制可能存在液压脉冲误差

车身平台运动电机加载



车身平台运动加载方式的特点:
○ 4个车轮平台不动,车身运动。侧倾及俯仰时与实际路面状况相同
○ 地面水平无重力误差
○ 车轮测量系统无需车轮位移补偿
○ 电机控制无液压脉冲误差

中国汽研K&C试验台简介
中国汽研K&C试验台概述


中国汽研悬架K&C试验台是由英国ABD公司生产的标准双轴悬架参数测量试验台SPMM 5000。该设备用于测量车辆在准静态下的悬架运动性和柔性(K&C)特性,另外该设备MIMS系统还能够精确测量整车的质心位置和转动惯量。SPMM 5000所采用的固定地平面的方法更如实的模拟了车辆在道路上弹跳、侧倾和俯仰运动,这在精确测量质心和转动惯量上具有很大的优势。



中国汽研K&C试验台组成



中国汽研K&C试验台功能

中国汽研K&C试验台,可进行标准工况、弯道制动等特殊工况试验,同时也能进行整车质心、转动惯量测试。总成部件(如商用车驾驶室、动力总成等)质心转动惯量测试。

带K&C台力传感器、位移和质量转动惯量测试设备标定系统,可利用该标定系统进行设备标定。



中国汽研K&C试验台试验输出
○ 交互式显示界面,实时监测试验数据
○ 自动计算相关参数
○ 人性化报告界面
○ 可通过Matlab后处理编程,自定义报告风格



中国汽研K&C设备特点及优势

○ 适用车型范围广(轴距1960 ~ 4230mm、轮距1100 ~ 2082mm、最大车重5000kg),适用于承载和非承载车身车型;
○ 工作效率高(K&C及质心转动惯量,1~2天);
○ 功能齐全,能够测量标准K&C工况以及转弯制动、加速等特殊工况,同时,能够进行整车质量及转动惯量测试;
○ 测试精度高(详见附表);



附表:
中国汽研K&C精度、能力及标准测试工况

表1 整车测试能力



表2 平台测试能力—力



表3 平台测试能力—位移



表4 平台测试能力—转向盘、质心转动惯量



表5 标准测试工况及输出—垂直运动



表6 标准测试工况及输出—侧向力



表7 标准测试工况及输出—纵向力



表8 标准测试工况及输出—侧倾运动



表9 标准测试工况及输出—回正力矩

K&C特性 悬架 CAE仿真

表10 标准测试工况及输出—转向运动 


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