AUTO TIME
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AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
时代汽车 wwwautotime
赵丹
弘安新能源汽车有限公司 江苏省徐州市 221100
摘 要： 整车设计姿态举足轻重，跑车、轿车、SUV 均有其专属姿态特征。奥迪系列、沃尔沃S90、本田雅阁等轿
车相比国产轿车整体观感给人感觉不止提升一个档次，为什么同级轿车会相差这么大？就是因为整车姿态。前者整车整备和满载姿态角接近0°，后者前低后高，为什么设计成前低后高？下文将从定义、影响因素、推理过程、影响性能四个版块描述。
关键词：姿态 整车设计 悬架计算 轮胎刚度曲线
1 前言
本文站在总布置职业角度，基于一款紧凑型SUV 开发过程，介绍一种从整车逆向对标结合正向理论计算确定整车设计姿态的方法，同时阐释姿态确定的影响因素。
2 整车姿态定义[1]图1 整车设计姿态图示
满载地面线半载地面线整备地面线
造型领域整车姿态是指综合地面线、轮胎型号、轮眉、前后轮心、腰线、C 点、D 点、整车尺寸及前后悬综合得到的视觉效果，一般通过车头车尾离地高度、车身腰线走向等。
总布置领域整车姿态通过整车设计姿态角（地面线和水平线的夹角）、前后轮心坐标、轮胎静力负荷半径、地面线进行表示，如图1所示。在整车开发设计过程中，一般取整备状态作为设计基准状态，其对应的姿态即为整车设计姿态，（备注：除此之外，也有选
取半载或者满载作为设计状态的情形，装载状态必须为对称状态。）其他半载、满载结合悬架全行程跳动状态作为悬架设计输入条件亦很重要。造型所述的姿态包含了总布置领域的姿态，本文主要就总布置领域整车姿态确定进行阐述。（下文所提设计姿态角默认为整备姿态角）
3 整车姿态影响因素
车型定位：不同车型，整备姿态角范围相差较大。SUV 前低后高明显，整备姿态角大些（SUV 整备姿态角范围一般在0.3-0.8°之间，满载一般-0.1-0.2°），超跑或者轿跑车型底盘较低，整备姿态角较小接近0度；动力系统布置位置：布置方式对轴荷分布和
整车姿态影响较大，发动机前置前驱、中置、后置对应的胎荷相差较大，轮胎变形量相差较大，整备地面线及整备姿态夹角相差较大；轮胎型号：轮胎型号的大小、刚度属性变形量影响地面线位置；悬架参数：悬架的形程、弹簧刚度、偏频等对整车在不同负荷状态下轮心位置息息相关；设计状态轮心定义，空半满3种状态下轮心定义对悬架参数和整车舒适性影响较大；空气动力学要求：为了保证车身空气动力学性能，汽车行驶时底盘下方有气流快速通过，如果底盘气流速度太慢会导致底盘下方空气压力增加，除非车型级别较高轴距较大，一般车型均为前低后高的整车姿态，目的是有利于汽车高速行驶的稳定性及行驶安全性。
Confi rmation Method of V ehicle Design Posture
Zhao Dan
Abstract ：
T he design posture of the whole vehicle is very important. Sports cars, cars, and SUVs all have their own posture characteristics. Compared with domestic cars, the overall look and feel of Audi series, V olvo S90, Honda Accord and other sedans is more than a higher level. Why are cars in the same class so different? It is because of the posture of the vehicle. The former has a complete vehicle preparation and full-load attitude angle close to 0°, while the latter is low in the front and high in the rear. The following sections describe the defi nition, infl uencing factors, reasoning process, and infl uencing performance.
Key words ：
posture, vehicle design, suspension calculation, tire stiffness curve
图2 扫描点云数据及车型对标
000
000车型
整备姿态半载姿态满载姿态轴距(mm)
(°)
(°)
(°)
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4 以SUV 为例介绍整车姿态确定开发方法
下述过程基于内部人体姿态、轮胎型号已经确定进行阐述。
4.1 Benchmark(图2)
扫描技术标杆车得出标杆车整车整备、半载、满载姿态，结合对标车型初步定义开发车型姿态角和轮心位置。上图SUV 在SC 设计阶段姿态定义同标杆车：整备0.6°、半载0.37°、满载0.1°。
4.2 总布置输出布置数据及姿态硬点整备前/后轮心坐标（0,0,50）、（2650,0,26.3）、半载前/后轮心坐标(0,0,62.5)、(2647,0,48)、满载前/后轮心坐标（0,0,66）、(2644,0,68)；整备、半载、满载前轮静力负荷半径分别为30
5.39、303.3、302.65mm；整备、半载、满载后轮静力负荷半径分别为309.96、30
6.75、306.41mm。对应地面线和轮心坐标数据输入给悬架工程师。
4.3 悬架参数计算及轮心位置正向修正、静力负荷半径确定
悬架系统主要参数如下：螺旋弹簧刚度、悬架系统刚度、悬架系统偏频、悬架系统静挠度、悬架侧倾角刚度、悬架系统纵向角刚度、减震器参数。
先对参考标杆车基本性能参数进行计算，求得悬架系统性能基本参数，然后参考得到的结果选取设计车型的参数，为具体的零部件设计提供依据。设计输入包括标杆车和开发车型的质心高（空载和满载状态）、前轮距、后轮距、整备质量、最大总质量、前轴荷（空载和满载状态）、后轴荷（空载和满载状态）、前悬架系统非簧载质量、后悬架系统非簧载质量。
4.3.1 螺旋弹簧刚度计算
标杆车前后螺旋弹簧通过刚度试验进行测试，并根据试验值做出刚度曲线。针对开发车型先用下述公式正向计算。
Cs 1=Gd 14/8D 13n 前 1）Cs 2=Gd 24/8D 23n 后 2）G—弹簧剪切模量，83000N/mm 2；d 1—前螺旋弹簧簧丝直径,mm；d 2—后螺旋弹簧簧丝直径，mm;D 1—前螺旋弹簧中径,mm; D 2—前螺旋弹簧中径,mm;n——弹簧有效圈数。
将理论计算所得数值和试验所得曲线对比，如果相差较小则取试验所得数值作为弹簧刚度；如果相差徐州汽车
较大，则重新测试并重新理论计算。
4.3.2 悬架系统刚度计算
根据悬架系统平衡关系式，得下述公式3)C 1=C s1×μ×cosδ/P×cosβ 3）C s1—前螺旋弹簧刚度，N/mm（图3）。后悬架系统刚度计算，按照公式4）进行。C 2=2×L 1b2×C s2×cosα2/L 1b1 4)L 1b1：地面反作用的力臂，mm；C s2：后悬架螺旋弹簧刚度，N/mm。
α2：空载状态下弹簧与垂直方向的夹角；L 1b2：弹簧力的力臂，mm。
4.3.3 悬架系统偏频计算
n=1/2π
5)n：悬架系统偏频，Hz;C：由刚度试验测试的悬架系统刚度，N/mm；簧载质量，kg。轿车常用偏频0.9-1.6Hz。
4.3.4 悬架系统挠度计算
悬架系统设计中，根据平顺性要求确定前后悬架偏频n 1和n 2以及前后悬架静挠度f c1和f c2。前后悬
架静挠度和偏频的匹配一般f c2=0.8-0.9 f c1。轿车常用静挠度一般100-300mm，动挠度一般70-90mm，动挠度的设置是为了防止不平路面上冲击缓冲块。悬架工程师根据悬架系统刚度及整备、半载、满载之间的相对簧上质量差值计算悬架挠度，以整备设计姿态为基准，理论正向推导半载和满载轮心位置。结合供应商提供的轮胎刚度曲线，在整备、半载、满载对应胎荷情况下计算轮胎静力负荷半径。正向修正地面线和轮心位置。
4.4 总布置图更新
总布置根据底盘悬架工程师输出轮心位置（半载和满载轮心位置）、静力负荷半径画出地面线，总布置绘制完善布置图。（注：悬架工程师根据总布置输入整备状态前后轮心位置，结合悬架零部件计算选型根据半载和满载状态簧上和非簧载质量计算悬架跳动行程并给出理论半载和满载轮心位置及轮胎静力符合半径，一般和标杆车和初期定义半载满载有区别，因动力系统或者电控选型布
置位置有区别，悬架选型参数也会调整。）
5 整车姿态影响的整车性能
美观性和整车空气动力性和整车操控稳定性，一般除豪华型高级别轿车，大部分车型整车整备姿态是前低后高的，轿车整备姿态角范围一般在0.2-0.4之间，SUV 一般在0.3-0.8之间。同时还要考虑满载姿
态接近0度是最佳姿态角，避免满载塌车尾。前低后高的姿态，有利于气流通过，以及避免尾部后升力增加影响整车稳定性和平顺性及车型在爬坡和行驶时前轮抓地力不够。整车设计过程中总布置的工作起着方向性作用，下车体机械布置、上车体人机布置，定义了整车尺寸，内部空间，通过性，整车设计姿态，关系着整车驾乘舒适性，整车动力性经济性。所有的服务都是为整车性能和驾驶操控及UI 人机界面操控性及后期的AI 自动和智能驾驶所服务。
参考文献：
[1]罗永文，凌红芳，王师，马传帅，机电工程技术，2014（8）：116-122.
[2]余志生，汽车理论，机械工业初版社，2002年.
[3]王望矛，汽车设计，机械工业初版社，2000年
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作者简介
赵丹： （1990.03—），女，汉族，江苏徐州人，
学历：本科。职务或职称：平台总布置工程师。研究方向：汽车总体/整车总布置。
图3 前悬架和后悬架系统结构形式图（左前右后）
M
δ
P
B/2
n
G
R F
A
F B u
L 1b1L 1b2
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