整车姿态设计作业指导书编制:日期:审核:日期:批准:日期:发布日期:年月日实施日期:年月日前言为使五中心现有整车姿态设定规范化,结合五中心已有开发车型的经验,特编制整车姿态设定作业指导书。
旨在对五中心设计人员在整车姿态设定过程中有计划按规范准确无误进行;减少产生错误的环节,保证坐标的统一,控制误差;为下一步设计分析提供准确的基础性数据。
本标准于2011年XX月XX日起实施。
本标准由研究院第五中心提出。
本标准由技术标准分院负责归口管理。
本标准主要起草人:XXX目录一整车姿态概述 (1二整车姿态设定流程 (2三整车姿态设定过程 (23.1 地面线确定 (23.2 坐标系确定 (43.3 造型设计 (63.4 整车姿态设计 (73.5 ET阶段整车姿态复核 (13四结论 (13一整车姿态概述整车姿态指空载(K、半载(D、满载(A、自由状态(R四种状态,是乘用车的重要参数, 涉及到重量控制、造型、整车视野、碰撞及通过性等诸多要素。
在整车数字化设计过程中,整车的不同姿态是地面线通过和整车坐标系的相对关系体现的。
整车坐标系指车辆制造厂在最初设计阶段确定的由三个正交基准平面组成的坐标系统,这三个基准平面是:Y基准平面:车辆纵向对称平面;X基准平面:垂直于Y基准平面并通过半载下前轮轮心连线与Y基准平面交点的铅垂平面;Z基准平面:垂直于Y和X基准平面的水平面。
(地板纵梁下平面为Z0平面;即在数字化设计过程中车身地板同整车坐标系是平行关系,所以在体现整车姿态的时候是以车身为基础,通过对悬架弹簧的调节来实现轮胎不同加载状态,然后通过轮胎和地面的相对关系,从而体现出不同的地面线状态,如下图1所示。
由于地面线的变化主要通过对悬架弹簧的调节来实现,在设计的过程中, 需要确定前后悬架的弹簧参数, 然后通过相应的地面线状态, 再验证其是否能够满足各方面的要求, 如果不满足则需要不断地反复直至满足为止。
当弹簧的参数特性能够使各种载荷下的姿态满足各方面要求, 则该弹簧参数即为整车最终设计结果。
因此整车姿态的设计过程其实就是前后悬架弹簧参数的设定过程。
图 1二整车姿态设定流程三整车姿态设定过程3.1地面线确定进行整车姿态即地面线的设定, 首先应该确定初始的设计硬点。
概念设计的输入条件之一就是整车架构的确定。
而架构的重要工作之一就是选择或重新设计同车型定位及要求相合适的底盘,在底盘确定后, 悬架的结构便随之确定。
目前地面线的确定都是根据标杆样车进行测量得到,在平台上利用三坐标打点数据,以平台为地面基准,得到车辆空、半、满三个状态下车轮轮心的不同位置及各个状态下的地面,具体流程如下:3.1.1 将样车放到测量平台上,调整轮胎气压到样车要求的范围内,即XXX±XkPa;3.1.2 按照国家标准把车辆调整到整备质量状态;3.1.3 将车身撑起,使车轮处于悬空状态;旋转车轮,用铅笔在车轮中间划出四轮中心十字线;图 3-1 轮心确定 3.1.4 定义三坐标测量的坐标系:车辆纵向对称平面为Y 0基准平面,以测量平台所得的平行平面为Z 0基准平面(Z 0非设计状态,设计状态Z0在地板下平面即纵梁上平面,通过左、右前轮轮心连线中点且同时垂直于Y 0、Z 0基准平面为X 0基准平面;3.1.5 将标杆车移至测量平台,四个车轮分别停放在四个车身滑动板上,用打点坐标找左右对称点中心的方法将车辆中心线调整到测量平台中心线,再对四个轮心进行打点;图 3-2 调整车辆 3.1.6 在车辆上放置沙袋,使车辆处于半载状态,并对车辆进行多次晃动,使悬架达到半载受力状态,重复步骤1.1.5,对四个轮心进行打点;3.1.7 在车辆上放置沙袋,使车辆处于满载状态,并对车辆进行多次晃动,使悬架达到满载受力状态,重复步骤1.1.5,对四个轮心进行打点;3.1.8 对打点得到的样车数据进行整理,得到样车不同姿态下轮心位置及各个姿态地面。
表 1 轮心位置(示例整车姿态前轴中心Z坐标(mm后轴中心Z坐标(mm整车前倾角(°空载设计载荷(半载满载空载至设计载荷车轮跳动量(Z向设计载荷至满载车轮跳动量(Z向图 3-3 空、半、满地面及轮心3.2坐标系确定3.2.1 整车坐标系的输入条件3.2.1.1整车坐标系要求:X0在前轮中心(设计状态,Y0车辆左右对称中心,Z0在地板下平面即纵梁上平面。
3.2.1.2整车坐标系的确定在样车点云采集的初始阶段进行,默认的点云处理软件是美国EDS公司出品的Imageware。
3.2.1.3做为确定坐标系的第一步,要求得到以下五部分在同一初始坐标系下的点云,分别是:①设计状态下的三坐标测量半载前轮轮心坐标值(左右轮胎气压基本相等,车轮打正;②整车外表面点云;③白车身点云;④一段相对水平的地板下平面及纵梁点云(最好把地板胶铲除,尽量多的扫描⑤车身安装孔三坐标打点数据。
3.2.2 整车坐标系的确定方法3.2.2.1 Y/0坐标系确定(车身对称度调整以车身安装孔三坐标打点数据为基准,在车身地板左右纵梁上选择相对应的四个基准孔(一般取地板纵梁上主焊线定位孔,分别以相对应的两个孔中心作直线,得到两条直线L1、L2,再以两直线的中点作一条直线L3,以直线L1中点作为坐标原点,使该坐标系的原点在直线L1的中心,X轴与直线L3平行。
对白车身关键孔位硬点的对称性及位置进行偏差分析,根据检查结果调整工作坐标系,循环往复直至镜像形成的右侧点云和原采集的左侧点云误差控制在90%以上的点云面积在1mm以内为目标,左右对称度满足设计要求。
3.2.2.2 Z/0坐标系确定(车身水平度调整在车身点云上选择一段理论上前后水平的部位(例如:门槛梁、地板下纵梁等,垂直于Y轴截取两条断面线,拟合成直线L4、L5,测量直线与X轴的夹角。
工作坐标系绕着Y轴旋转,直到L4、L5前后两端各自的Z值基本相等为止。
垂直Y 轴密集截取断面线,寻找水平参考特征(门槛梁或地板下纵梁,检查车身前后水平度,和X轴夹角控制在0.05°之内。
重复步骤直至水平度满足设计要求。
3.2.2.3确定坐标系原点根据三坐标测量半载前轮轮心坐标值,用直线“L6”连接两点。
工作坐标系沿着X 轴移动使“L6”中点的坐标X=0。
选择一块前地板的下平面(纵梁的上平面大面,工作坐标系沿着Z轴移动使坐标Z=0处于大面上。
经过以上步骤,点云转换到整车坐标系下,该坐标系就作为以后数字化设计的基准和依据。
3.3造型设计整车坐标系、地面及轮心数据确定后,造型部门根据整车部门提供的整车硬点数据及线框图进行设计构想,并形成三维外表面。
整车部门根据三维外表面制作油泥骨架,利用三坐标打点得出的地面线调整整车姿态到空载状态,铣削油泥状态为空载状态(车辆整备状态,然后经过油泥调整及相关评审,确定最终油泥状态。
图 3-4 线框图图 3-5 油泥骨架3.4整车姿态设计整车底盘的悬架硬点处理上通常采用原平台的悬架在设计载荷时所对应的硬点关系,并根据目前设计的车型进行相应的调整, 确定当前设计的布置硬点。
在车型变化、性能要求需求改变时,则需在整车架构确定时对悬架的部分零件和硬点进行调整, 并同对标车型进行性能仿真对比, 确定悬架的设计硬点。
整车部门根据最终确定的造型,对各系统的质量进行分配, 确定质量目标。
并根据加载情况控制各载荷阶段的前后载荷分配, 得出空载、单驾驶员状态载荷、半载载荷、满载载荷及前后悬上载荷。
设计中的车型参数变化, 特别是载荷分配的变化和舒适性要求, 需要对弹簧的参数进行重新设定。
下面以某车型前后悬架为例进行说明:图 3-6麦弗逊式独立悬架图3-7 双横臂式独立悬架3.3.1悬架系统设计的输入条件表2 设计输入参数列表参考样车设计车型质心高(mm 空载满载前轮距(mm 后轮距(mm 整车整备质量(kg 最大总质量(kg 前轴荷(kg 空载满载后轴荷(kg空载满载前悬架非簧载质量(kg 后悬架非簧载质量(kg3.3.2弹簧刚度弹簧刚度计算公式为:前螺旋弹簧为近似圆柱螺旋弹簧:前n 8D Gd 31411=Cs (1后螺旋弹簧为圆柱螺旋弹簧:后n 8D Gd 32422=Cs (2式中:G 为弹性剪切模量79000N/mm2d 为螺旋弹簧簧丝直径, 前螺旋弹簧簧丝直径d1= mm , 后螺旋弹簧簧丝直径d2= mm ;1D 为前螺旋弹簧中径,D1= mm 。
D2为后螺旋弹簧中径, D2= mm 。
n 为弹簧有效圈数。
根据《汽车设计》(刘惟信介绍的方法,判断前螺旋弹簧有效圈数为圈,即n 前= ;后螺旋弹簧有效圈数为圈,即 n 后= 。
前螺旋弹簧刚度:= N/mm后螺旋弹簧刚度:后n 8D Gd 32422=Cs = N/mm前螺旋弹簧刚度:1Cs = N/mm ;后螺旋弹簧刚度:2Cs = N/mm 。
3.3.2悬架偏频的计算悬架系统将车身与车轮弹性地连接起来,由此弹性元件与它所支承的质量组成的振动系统决定了车身的振动频率,这是影响汽车行驶平顺性的重要性能指标之一。
图 3-8前悬刚度满载下计算示意图14118n Gd D Cs 前=3.3.2.1 前悬架刚度计算根据受力平衡,从示意图中有:F A =G ×Cos β F R =G ×Cos δ P/u = fa /fbfb = F A / C S1 fa = F R / C1 C1=2(uCos δ/PCos β C S1 C1为前悬架刚度通过公式( 3计算C1= N/mm ;3.3.2.2 前悬架偏频计算前悬架偏频:13111021m C n ×⋅=π(Hzm1空为前悬架空载簧上质量, m1空= kg ; 空载偏频:n 空= Hzm1满为前悬架满载簧上质量, m1满= kg ; 满载偏频:n 满= Hz 3.3.3.3后悬架偏频计算设计车的后轴荷m2轴空= kg ;m2轴满= kg; 空载到满载后悬架变形量h2= mm 。
则后悬架刚度C2=(m2轴满-m2轴空×9.8/ h2= N/mm ; 根据公式计算得到:后悬架空载偏频:空空π23221021m C n ×⋅== ;其中C2为后悬架刚度;m2空为后悬空载簧上质量, m2空= kg 。
后悬架满载偏频:满满π23221021m C n ×⋅== Hz ;m2满为后悬满载簧上质量, m2满= kg 。
3.3.3悬架静挠度计算静挠度也是表征悬架性能的参数,通过下面公式计算 Cmg f c =式中fc 为静挠度,单位mm ;m 为簧上质量,单位kg ; g 为重力加速度,单位m/s 2。
通过公式(4计算得到: 前悬空载静挠度:0f =11Cg m空= mm 前悬满载静挠度:f=11Cg m 满= mm后悬架空载静挠度:22C g m f c 空后== mm 后悬架满载静挠度:22C g m f c 满后== mm 。