樣車整車姿態(tài)設定作業(yè)指導書_圖文

1、整車姿態(tài)設計作業(yè)指導書編制:日期:審核:日期:批準:日期:發(fā)布日期:年 月 日 實施日期:年 月 日前言為使五中心現(xiàn)有整車姿態(tài)設定規(guī)范化,結合五中心已有開發(fā)車型的經(jīng)驗,特編制整車姿態(tài)設定作業(yè)指導書。旨在對五中心設計人員在整車姿態(tài)設定過程中有計劃按規(guī)范準確無誤進行;減少產(chǎn)生錯誤的環(huán)節(jié),保證坐標的統(tǒng)一,控制誤差;為下一步設計分析提供準確的基礎性數(shù)據(jù)。本標準于2011年XX月XX日起實施。本標準由研究院第五中心提出。本標準由技術標準分院負責歸口管理。本標準主要起草人:XXX目錄一 整車姿態(tài)概述 (1二 整車姿態(tài)設定流程 (2三 整車姿態(tài)設定過程 (23.1 地面線確定 (23.2 坐標系確定 (43

2、.3 造型設計 (63.4 整車姿態(tài)設計 (73.5 ET階段整車姿態(tài)復核 (13四 結論 (13一整車姿態(tài)概述整車姿態(tài)指空載(K、半載(D、滿載(A、自由狀態(tài)(R四種狀態(tài),是乘用車的重要參數(shù), 涉及到重量控制、造型、整車視野、碰撞及通過性等諸多要素。在整車數(shù)字化設計過程中,整車的不同姿態(tài)是地面線通過和整車坐標系的相對關系體現(xiàn)的。整車坐標系指車輛制造廠在最初設計階段確定的由三個正交基準平面組成的坐標系統(tǒng),這三個基準平面是:Y基準平面:車輛縱向對稱平面;X基準平面:垂直于Y基準平面并通過半載下前輪輪心連線與Y基準平面交點的鉛垂平面;Z基準平面:垂直于Y和X基準平面的水平面。(地板縱梁下平面為Z0

3、平面;即在數(shù)字化設計過程中車身地板同整車坐標系是平行關系,所以在體現(xiàn)整車姿態(tài)的時候是以車身為基礎,通過對懸架彈簧的調節(jié)來實現(xiàn)輪胎不同加載狀態(tài),然后通過輪胎和地面的相對關系,從而體現(xiàn)出不同的地面線狀態(tài),如下圖1所示。由于地面線的變化主要通過對懸架彈簧的調節(jié)來實現(xiàn),在設計的過程中, 需要確定前后懸架的彈簧參數(shù), 然后通過相應的地面線狀態(tài), 再驗證其是否能夠滿足各方面的要求, 如果不滿足則需要不斷地反復直至滿足為止。當彈簧的參數(shù)特性能夠使各種載荷下的姿態(tài)滿足各方面要求, 則該彈簧參數(shù)即為整車最終設計結果。因此整車姿態(tài)的設計過程其實就是前后懸架彈簧參數(shù)的設定過程。 圖 1二整車姿態(tài)設定流程 三整車姿態(tài)

4、設定過程3.1地面線確定進行整車姿態(tài)即地面線的設定, 首先應該確定初始的設計硬點。概念設計的輸入條件之一就是整車架構的確定。而架構的重要工作之一就是選擇或重新設計同車型定位及要求相合適的底盤,在底盤確定后, 懸架的結構便隨之確定。目前地面線的確定都是根據(jù)標桿樣車進行測量得到,在平臺上利用三坐標打點數(shù)據(jù),以平臺為地面基準,得到車輛空、半、滿三個狀態(tài)下車輪輪心的不同位置及各個狀態(tài)下的地面,具體流程如下: 得的平行平面為Z 0基準平面(Z 0非設計狀態(tài),設計狀態(tài)Z0在地板下平面即縱梁上平面,通過左、右前輪輪心連線中點且同時垂直于Y 0、Z 0基準平面為X 0基準平面; 表 1 輪心位置(示例整車姿態(tài)

5、前軸中心Z坐標(mm后軸中心Z坐標(mm整車前傾角(°空載設計載荷(半載滿載空載至設計載荷車輪跳動量(Z向設計載荷至滿載車輪跳動量(Z向 圖 3-3 空、半、滿地面及輪心3.2坐標系確定設計狀態(tài)下的三坐標測量半載前輪輪心坐標值(左右輪胎氣壓基本相等,車輪打正;整車外表面點云;白車身點云;一段相對水平的地板下平面及縱梁點云(最好把地板膠鏟除,盡量多的掃描車身安裝孔三坐標打點數(shù)據(jù)。以車身安裝孔三坐標打點數(shù)據(jù)為基準,在車身地板左右縱梁上選擇相對應的四個基準孔(一般取地板縱梁上主焊線定位孔,分別以相對應的兩個孔中心作直線,得到兩條直線L1、L2,再以兩直線的中點作一條直線L3,以直線L1中點

6、作為坐標原點,使該坐標系的原點在直線L1的中心,X軸與直線L3平行。 對白車身關鍵孔位硬點的對稱性及位置進行偏差分析,根據(jù)檢查結果調整工作坐標系,循環(huán)往復直至鏡像形成的右側點云和原采集的左側點云誤差控制在90%以上的點云面積在1mm以內為目標,左右對稱度滿足設計要求。在車身點云上選擇一段理論上前后水平的部位(例如:門檻梁、地板下縱梁等,垂直于Y軸截取兩條斷面線,擬合成直線L4、L5,測量直線與X軸的夾角。 工作坐標系繞著Y軸旋轉,直到L4、L5前后兩端各自的Z值基本相等為止。垂直Y 軸密集截取斷面線,尋找水平參考特征(門檻梁或地板下縱梁,檢查車身前后水平度,和X軸夾角控制在0.05°

7、之內。重復步驟直至水平度滿足設計要求。根據(jù)三坐標測量半載前輪輪心坐標值,用直線“L6”連接兩點。工作坐標系沿著X 軸移動使“L6”中點的坐標X=0。選擇一塊前地板的下平面(縱梁的上平面大面,工作坐標系沿著Z軸移動使坐標Z=0處于大面上。經(jīng)過以上步驟,點云轉換到整車坐標系下,該坐標系就作為以后數(shù)字化設計的基準和依據(jù)。3.3造型設計整車坐標系、地面及輪心數(shù)據(jù)確定后,造型部門根據(jù)整車部門提供的整車硬點數(shù)據(jù)及線框圖進行設計構想,并形成三維外表面。整車部門根據(jù)三維外表面制作油泥骨架,利用三坐標打點得出的地面線調整整車姿態(tài)到空載狀態(tài),銑削油泥狀態(tài)為空載狀態(tài)(車輛整備狀態(tài),然后經(jīng)過油泥調整及相關評審,確定最

8、終油泥狀態(tài)。 圖 3-4 線框圖 圖 3-5 油泥骨架3.4整車姿態(tài)設計整車底盤的懸架硬點處理上通常采用原平臺的懸架在設計載荷時所對應的硬點關系,并根據(jù)目前設計的車型進行相應的調整, 確定當前設計的布置硬點。在車型變化、性能要求需求改變時,則需在整車架構確定時對懸架的部分零件和硬點進行調整, 并同對標車型進行性能仿真對比, 確定懸架的設計硬點。整車部門根據(jù)最終確定的造型,對各系統(tǒng)的質量進行分配, 確定質量目標。并根據(jù)加載情況控制各載荷階段的前后載荷分配, 得出空載、單駕駛員狀態(tài)載荷、半載載荷、滿載載荷及前后懸上載荷。設計中的車型參數(shù)變化, 特別是載荷分配的變化和舒適性要求, 需要對彈簧的參數(shù)進

9、行重新設定。下面以某車型前后懸架為例進行說明: 圖 3-6麥弗遜式獨立懸架圖3-7 雙橫臂式獨立懸架表2 設計輸入?yún)?shù)列表參考樣車設計車型質心高(mm 空載 滿載前輪距(mm 后輪距(mm 整車整備質量(kg 最大總質量(kg 前軸荷(kg 空載 滿載 后軸荷(kg 空載 滿載前懸架非簧載質量(kg 后懸架非簧載質量(kg 前螺旋彈簧為近似圓柱螺旋彈簧:前n 8D Gd 31411=Cs (1后螺旋彈簧為圓柱螺旋彈簧:后n 8D Gd 32422=Cs (2式中:G 為彈性剪切模量79000N/mm2d 為螺旋彈簧簧絲直徑, 前螺旋彈簧簧絲直徑d1= mm , 后螺旋彈簧簧絲直徑d2= mm

10、;1D 為前螺旋彈簧中徑,D1= mm 。D2為后螺旋彈簧中徑, D2= mm 。n 為彈簧有效圈數(shù)。根據(jù)汽車設計(劉惟信介紹的方法,判斷前螺旋彈簧有效圈數(shù)為 圈,即n 前= ;后螺旋彈簧有效圈數(shù)為 圈,即 n 后= 。 前螺旋彈簧剛度:= N/mm后螺旋彈簧剛度:后n 8D Gd 32422=Cs = N/mm前螺旋彈簧剛度:1Cs = N/mm ;后螺旋彈簧剛度:2Cs = N/mm 。懸架系統(tǒng)將車身與車輪彈性地連接起來,由此彈性元件與它所支承的質量組成的振動系統(tǒng)決定了車身的振動頻率,這是影響汽車行駛平順性的重要性能指標之一。 圖 3-8前懸剛度滿載下計算示意圖14118n Gd D Cs

11、 前=根據(jù)受力平衡,從示意圖中有:F A =G ×Cos F R =G ×Cos P/u = fa /fbfb = F A / C S1 fa = F R / C1 C1=2(uCos /PCos C S1 C1為前懸架剛度通過公式( 3計算C1= N/mm ;前懸架偏頻:13111021m C n ×=(Hz m1空為前懸架空載簧上質量, m1空= kg ; 空載偏頻:n 空= Hz設計車的后軸荷m2軸空= kg ;m2軸滿= kg; 空載到滿載后懸架變形量h2= mm 。則后懸架剛度C2=(m2軸滿-m2軸空×9.8/ h2= N/mm ; 根據(jù)公式

12、計算得到:后懸架空載偏頻:空空23221021m C n ×= ;其中C2為后懸架剛度;m2空為后懸空載簧上質量, m2空= kg 。后懸架滿載偏頻:滿滿23221021m C n ×= Hz ;靜撓度也是表征懸架性能的參數(shù),通過下面公式計算 Cmg f c =式中fc 為靜撓度,單位mm ;m 為簧上質量,單位kg ; g 為重力加速度,單位m/s 2。 通過公式(4計算得到: 前懸空載靜撓度:0f =11Cg m空= mm 前懸滿載靜撓度:f=11Cg m 滿= mm表3 懸架參數(shù)列表項目 XXX 車(計算值標桿樣車車(試驗值空載前偏頻 空載后偏頻 空載前后偏頻比 滿載

13、前偏頻 滿載后偏頻 滿載前后偏頻比 前螺旋彈簧剛度 后螺旋彈簧剛度 前懸架剛度 后懸架剛度進行懸架軟硬及偏頻確定時, 整車部門需要控制前后偏頻比, 使之符合整車駕乘舒適性要求。乘用車前后偏頻比通常為0. 85 0. 95, 前懸架偏頻的范圍一般在1 1. 3Hz 。在懸架的剛度范圍內, 預選剛度計算輪心的變化量。并將結果同各姿態(tài)地面線進行對比, 優(yōu)化相關參數(shù)的取值, 確定一個合適的剛度值。該過程通常進行2 3次調整, 使得結果最大化滿足各方的要求。姿態(tài)變化確定, 需要協(xié)調考慮造型狀態(tài)地面線、車輛主線條的運動趨勢以及相關的法規(guī)、規(guī)范。通常軸距中心的車輛高度變化控制在40 mm, 車輛傾角變化在1

14、°以內。乘用車在最大載荷下會出現(xiàn)負的傾角, 設計階段該值需保證在0. 5°以內。表4 整車姿態(tài)變化統(tǒng)計表整車前傾角傾角變化量軸距中心的車輛高度變化量車型 空載 半載 滿載CH011 0.59 0.19 0.39 0.98 37.4CH021 0.615 0.2 0.36 0.975 40CH031 0.12 0.07 0.65 0.77 48.7CH041 0.03 0.4 0.97 1 53CH051 0.08 0.17 0.08 0.16 45.1CH071 0.16 0.34 0.77 0.93 35.1CHB011 0.001 0.21 0.58 0.581 35.

15、5CHB021 0.2 0.09 0.59 0.79 36.3CHC011 0.3 0.09 0.27 0.57 32.2 確定相關姿態(tài)的參數(shù)后, 整車需要分析各工況下車輛變化趨勢、輪眉間隙、底盤部件布置工作。同時還需要進行硬點復核、性能分析、硬點修正及樣車試制等工作。姿態(tài)變化定義完成后, 傳動軸角度范圍、高低速碰撞撞擊位置、燈具布置、上下車方便性、視野范圍及行人保護區(qū)域等同地面相關的參數(shù)就可進行布置、分析、檢查。對通過性的檢查主要關注底盤部件的布置情況。分別對前后副車架、動力總成、排氣、三元催化器、地板、油箱及防護裝置、牽引等裝置的位置進行檢查, 保證下部件的安全及減少可能出現(xiàn)的維護費用。通常由于左右彈簧的沿用策略、防止兩側剛度載荷差異引起制動過程的自轉等要求, 各載荷情況下質心的Y值需要進行合理的控制。底盤懸架還需要進行運動學仿真, 完成懸架的包絡分析。由于車型的變更, 還需要對底盤部件的強度、耐久性分析,并利用動力學模型對操縱性、平順性及沖擊載荷下底盤部件的離地間隙進行校核。 3.5 ET 階段整車姿態(tài)復核 工程設計階段, 整車部門會輸出總布置圖及整車姿態(tài)文件給相關部門。包含主要載 荷下輪心的坐標及載荷分配情況。在批量生產(chǎn)時, 姿態(tài)文件還可作為姿態(tài)復核的輸入文 件。 ET試制后期可對車型進行抽樣測量，