CN112541222A - 一种汽车底盘平台化设计方法 - Google Patents

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裴彦明
郑子丹
谷玉川
陈晶艳
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Abstract

一种汽车底盘平台化设计方法,所述汽车底盘平台化设计方法能够通过给定的平台尺寸和性能带宽及布置要求的设计输入,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的底盘硬点参数和关键零件的关键尺寸参数并在此基础上进行扩展设计,实现汽车底盘平台化设计。

Description

一种汽车底盘平台化设计方法
技术领域
本发明涉及汽车底盘设计领域,尤其涉及一种汽车底盘平台化设计方法。
背景技术
汽车底盘平台化设计是底盘正向设计的趋势,底盘平台化有利于汽车开发过程中底盘性能的一致性,避免在开发过程中因不同车型的布置或性能差异带来的底盘零部件改动,可提高底盘零部件的通用性和可靠性,缩短开发周期,降低开发成本。
评价汽车底盘平台化设计水平优劣与否的关键指标包括应用该套理论开发的底盘平台在车型拓展后前后悬架硬点的一致性、先进配置的兼容性以及转向机构、制动机构和传动机构的共用性。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种汽车底盘平台化设计方法,汽车底盘平台化设计方法包括以下步骤:
根据悬架的型式,提取底盘硬点;
根据悬架的型式,提取零件;
根据悬架的型式,提取底盘性能参数;
根据悬架的型式,提取间隙参数;
提取整车尺寸参数和整车性能参数;
根据底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数,建立上述参数的解析几何关系;
根据建立的解析几何关系,建立多目标优化模型,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的零件的尺寸参数。
进一步地,零件包括与底盘硬点相连的零件和与底盘平台扩展性相关的零件。
进一步地,底盘性能参数包括主销偏移距、干扰力臂和侧倾中心高度。
进一步地,间隙参数包括轮胎与减振器的间隙、下控制臂与轮辋的动态间隙、驱动轴与减振器的间隙、制动盘与下控制臂的布置间隙、制动钳与轮辋的布置间隙。
进一步地,整车尺寸参数包括前排人体到车身地板的Z向距离和前轮心到踵点点的X向距离。
进一步地,整车性能参数包括视野角、视野线、头碰空间和行人保护要求。
进一步地,零件的尺寸参数包括零件与底盘硬点相连的部位的尺寸参数或与底盘平台扩展性相关的部位的尺寸参数。
进一步地,建立所述多目标优化模型所使用的商业数学软件包括Matlab/Optimization Tool模块。
本发明能够通过给定的平台尺寸和性能带宽及布置要求的设计输入,对汽车底盘进行正向设计,通过根据悬架的型式提取底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的底盘硬点参数和零件的尺寸参数并在此基础上进行扩展设计,实现汽车底盘平台化设计,有效减少平台开发过程中因硬点参数和零件参数而产生的迭代运算的次数,大大提升开发效率。另外,本发明还能够通过既有的底盘硬点参数和零件的尺寸参数反向验证平台尺寸、性能带宽及布置要求的合理性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明提供的汽车底盘平台化设计方法的主流程示意图。
图2为本发明一实施例中汽车底盘采用的悬架结构的示意图。
图3为本发明实施例的整车及底盘系统硬点与尺寸的X向视图。
图4为本发明实施例的整车及底盘系统硬点与尺寸的Y向视图。
图5为本发明提供的实施例中的许用轮胎宽度与轮辋尺寸图。
图6为本发明提供的实施例中的轮辋偏置距与许用最小静力半径图。
图7为本发明提供的实施例中的轮距对侧倾中心高度的影响图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对本发明详细说明如下。
请参阅图1,本发明的汽车底盘平台化设计方法包括如下步骤:
S1:根据悬架的型式,提取底盘硬点;
S2:根据悬架的型式,提取零件;
S3:根据悬架的型式,提取底盘性能参数;
S4:根据悬架的型式,提取间隙参数;
S5:提取整车尺寸参数和整车性能参数;
S6:根据步骤S1至步骤S5中所得的底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数,建立上述参数的解析几何关系;
S7:根据步骤S6所得的解析几何关系,使用商业数学软件建立多目标优化模型,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的零件尺寸参数。
本发明的汽车底盘平台化设计方法能够通过给定的平台尺寸和性能带宽及布置要求的设计输入,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的底盘硬点参数和零件的尺寸参数并在此基础上进行扩展设计,实现汽车底盘平台化设计。
下面以采用麦弗逊悬架结构的底盘为例对本发明的汽车底盘平台化设计方法进行说明,在该实施例中,本发明的汽车底盘平台化设计方法包括以下步骤:
S1:根据悬架的型式,提取底盘硬点;
本实施例中的悬架为麦弗逊悬架,如图2所示,麦弗逊悬架包括转向节11、减振器12和下控制臂13。请一并参阅图3和图4,根据本实施例的悬架形式,确定步骤S1中的底盘硬点包括轮心O、下控制臂外点B、下控制臂内点C、减振器下点D和减振器上点E的位置。其中,轮心O、下控制臂外点B、减振器下点D在转向节11上的位置相对固定,轮心O是汽车轮胎的中心点,轮胎通过轮辋、制动盘和轮毂轴承固定于转向节11上,下控制臂外点B是下控制臂外球销的球心点,其通过球头销固定在转向节11上,减振器下点D则是减振器12与转向节13的连接点,其在转向节11上的位置相对固定,假定车轮轴线、点O、点B、点C、点D、点E在同一平面内。
S2:根据悬架的型式,提取零件;
在实车中,汽车底盘及其周边有大量零件与底盘硬点相连,但并非其中所有的零件都为关键零件,关键零件包括与步骤S1中的底盘硬点相连的零件和与底盘平台扩展性相关的零件,在本实施例中,零件包括减振器12和下控制臂13等。不同的悬架型式,具有不同的底盘硬点,因而关键零件和关键零件的关键尺寸参数也不同。
S3:根据悬架的型式,提取底盘性能参数;
具体地,在本实施例中,底盘性能参数包括主销偏移距IT、干扰力臂OS和侧倾中心高度VW等。
S4:根据悬架的型式,提取间隙参数;
具体地,在本实施例中,步骤S4中的间隙参数包括轮胎与减振器的间隙、下控制臂与轮辋的动态间隙、驱动轴与减振器的间隙、制动盘与下控制臂的布置间隙、制动钳与轮辋的布置间隙等。
S5:提取整车尺寸参数和整车性能参数;
具体地,在本实施例中,整车尺寸参数包括前排人体到车身地板的Z向距离和前轮心到踵点点的X向距离等。整车性能参数包括视野角、视野线、头碰空间和行人保护要求等。
S6:根据步骤S1至步骤S5中所得的底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数,建立上述参数的解析几何关系;
具体地,在本实施例中,上述参数包括底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数。
S7:根据步骤S6所得的解析几何关系,使用商业数学软件建立多目标优化模型,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的零件尺寸参数。
具体地,不同的关键零件可能具有多个不同的部位及对应的参数,但并非其中所有的参数都为关键尺寸参数,关键尺寸参数包括与步骤S2中的关键零件的底盘硬点连接的部位的尺寸参数,在本实施例中,关键尺寸参数包括减振器缸筒的轴向长度、下控制臂外球销的尺寸、以及麦弗逊悬架的主销轴线倾角等。
具体地,建立步骤S1至步骤S5中所得的参数的解析几何关系的过程如下:
转向节11与轮毂轴承的安装端面与车轮轴线的交点为A,OA是车轮中心到转向节端面的距离,由轮辋偏置距ET、制动盘安装面轴向厚度和轮毂轴承轴向尺寸决定,可得:
OA=L1+L2-ET;
BL为过B点与车轮轴线垂直相交于点L的线段,BL表征了下控制臂外点到车轮轴线的距离,BL的尺寸受限于下控制臂球头与驱动轴球笼之间的布置间隙;
BM为过B点与转向节端面垂直相交于点M的线段,BM表征了下控制臂外点到转向节安装端面的距离,BM的尺寸受限于下控制臂外球头安装座与制动盘的布置间隙;
DE为减振器下点D与减振器上点E的连线,是减振器缸筒的轴线,DE表征减振器的设计长度,DE的尺寸受限于悬架跳动行程、减振器结构设计、发动机罩造型面、行人保护法规要求以及人机视野要求;
α为减振器轴线DE与转向节端面的夹角,受限于整车四轮定位要求,轮胎与减振器布置要求;
DE与α决定着减振器的布置情况;
DF为过D点与转向节端面垂直相交于点F的线段,DF表征了减振器下点到转向节端面的距离,DF的尺寸受限于减振器缸筒与轮胎的布置间隙;
DQ为过D点与车轮轴线垂直相交于点Q的线段,DQ表征了减振器下点到车轮轴线的距离,DQ的尺寸受限于减振器缸筒与驱动轴固定节的布置间隙;
EH为过点E与转向节端面垂直相交于点H的线段,EH表征了减振器上点到转向节端面的距离,可得:
EH=DF+DEsinα;
EP为过E点与车轮轴线垂直相交于点P的线段,EP表征了减振器上点与车轮轴线的距离,可得式(1):
EP=DQ+DEcosα;
OB为轮心与下控制臂外点的连线,可得式(2):
Figure BDA0002190804900000071
OE为轮心与减振器上点的连线,可得式(3):
Figure BDA0002190804900000081
BE为减振器上点E与下控制臂外点B的连线,是麦弗逊悬架的主销轴线,BE与车轮轴线相交于点R。根据相似三角形原理可得式(4)、式(5)和式(6),其中式(4)为:
Figure BDA0002190804900000082
式(5)为:
Figure BDA0002190804900000083
式(6)为:
LR+PR+BM=AP=EH;
联合式(5)和式(6)可以求得式(7)和式(8),其中式(7)表示为:
Figure BDA0002190804900000084
式(8)为:
Figure BDA0002190804900000085
三角形OBE的周长LOBE可表示为式(9):
Figure BDA0002190804900000086
OS为过点O与BE垂直相交于点S的连线,OS表征了麦弗逊悬架系统的干扰力臂,可得式(10):
Figure BDA0002190804900000087
BE的延长线与车轮中心平面的交点为K,OK表征了主销偏移距为零时的车轮半径,可得式(11):
Figure BDA0002190804900000091
I为车轮接地点,OI表征了车轮静力半径;J为BE的延长线与地面的交点,γ为车轮外倾角,IT为不考虑车轮外倾的主销偏移距,可得式(12)和式(13),其中式(12)为:
Figure BDA0002190804900000092
式(13)为:
Figure BDA0002190804900000093
IJ为考虑车轮外倾的实际主销偏移距,可表示为式(14):
Figure BDA0002190804900000094
σ为主销内倾角,即主销轴线与Z轴的夹角:
Figure BDA0002190804900000095
联合式(12)、式(13)和式(14)可得式(15):
Figure BDA0002190804900000096
与DE垂直相交于点E的直线EM与BC的延长线相交于点U(M),BU与整车XOZ平面的交点V为悬架侧倾中心,VW为侧倾中心高度,IW为1/2轮距,β为摆臂内外点连线BC与地面的夹角,即下控制臂布置角度,则可得式(16)、式(17)和式(18),其中式(16)为:
hU=BUsinβ+(OI-BL),
式(17)为:
IX=BUcosσ+(OI-BL)tanσ-Scurb_Radius,
式(18)为:
BU=BE/sin(δ+β)=BE/sin(σ+β);
则联合式(16)、式(17)和式(18)可得侧倾中心高度VW为:
Figure BDA0002190804900000101
其中,下控制臂布置角度β与轮心跳动的关系为β=f(Wz)。
根据轮胎标准建立轮胎型号与轮胎外扩包络的关系,弹簧托盘与轮胎的最小布置间隙的关系可表示为式(19):
Gapwheel_spring=f(DE-Lspring,轮胎外扩包络);
弹簧设计长度与悬架行程的关系可表示为式(20):
Lspring=f(BumpSUS);
轮胎尺寸与轮胎型号的关系为式(21):
[轮胎宽度,自由半径,静力半径,轮胎外扩包络]=f(断面宽度,高宽比,名义直径);
在本实施例中,轮胎尺寸与轮胎型号的关系可由式(21)代入得式(22):
[TD,HW,IJ,OS]=F(ET,BM,BL,DF,DQ,DE,α,β,OI,BW);
减振器长度DE的尺寸由整车人机设定和行人保护法规决定,见式(23):
DE=f(L113,L107,H5-1,H30,...A042,A057,A039)。
进一步地,本实施例还包括利用Matlab/Optimization Tool模块建立的多目标优化模型,并以此得到各零部件尺寸与性能的多种组合。
综上,本发明的汽车底盘平台化设计方法能够通过给定的平台尺寸和性能带宽及布置要求的设计输入,对汽车底盘进行正向设计,通过根据悬架的型式提取底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数,得到满足平台尺寸、性能带宽及布置要求的底盘硬点参数和零件的尺寸参数并在此基础上进行扩展设计,实现汽车底盘平台化设计,有效减少平台开发过程中因硬点参数和零件参数而产生的迭代运算的次数,大大提升开发效率。另外,本发明还能够通过既有的底盘硬点参数和零件的尺寸参数反向验证平台尺寸、性能带宽及布置要求的合理性。
以上,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述汽车底盘平台化设计方法包括以下步骤:
根据悬架的型式,提取底盘硬点;
根据悬架的型式,提取零件;
根据悬架的型式,提取底盘性能参数;
根据悬架的型式,提取间隙参数;
提取整车尺寸参数和整车性能参数;
根据底盘硬点、零件、底盘性能参数、间隙参数、整车尺寸参数和整车性能参数,建立上述参数的解析几何关系;
根据建立的解析几何关系,建立多目标优化模型,得到零件的尺寸参数。
2.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述零件包括与所述底盘硬点相连的零件和与底盘平台扩展性相关的零件。
3.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述底盘性能参数包括主销偏移距、干扰力臂和侧倾中心高度。
4.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述间隙参数包括轮胎与减振器的间隙、下控制臂与轮辋的动态间隙、驱动轴与减振器的间隙、制动盘与下控制臂的布置间隙、制动钳与轮辋的布置间隙。
5.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述整车尺寸参数包括前排人体到车身地板的Z向距离和前轮心到踵点点的X向距离。
6.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述整车性能参数包括视野角、视野线、头碰空间和行人保护要求。
7.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:所述零件的尺寸参数包括所述零件与所述底盘硬点相连的部位的尺寸参数或与底盘平台扩展性相关的部位的尺寸参数。
8.根据权利要求1所述的汽车底盘平台化设计方法,其特征在于:建立所述多目标优化模型所使用的商业数学软件包括Matlab/Optimization Tool模块。
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