“敏捷性,在本文指的很宽泛,但他客户感知角度就是车辆驾驶起来灵活响应好,他囊括了车辆的动力性能和转向,刹车等车辆响应等,如果你这样理解的话可能对于主机厂内部划分职责更鲜明,但或许就统称为敏捷灵活性更突出了客户的需求,本文应该是比较详细明晰的分解了agility,也把他落到了零部件系统开发,是比较好的通识性文章。”
7.6
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整车敏捷性
Agility
摘要:
整车敏捷性是指车辆能够将驾驶员的指令(通过方向盘、油门踏板和刹车)转换为车辆预期的运动。它描述了在不同的驾驶条件下,司机可以加速、减速和操纵汽车的方式、速度和程度,以及司机和乘客如何感知由此产生的运动。
从客户的角度来看,车辆的动态行为有三个不同的方面——对车辆、乘客和行李施加力的方向不同:
纵向动态性:加速和减速性能,车辆对加速和减速的响应横向动态性:车辆对转弯引起的横向行驶方向力的响应垂直动态性:车辆对垂直力的响应,由轮胎滚离路面几何结构和发动机的相对运动引起然后这三个方面综合作用就形成了顾客感知车辆动态的两个部分:汽车驾控感觉和稳定舒适性。
7.6.1法规以及客户需求
尽管敏捷性通常被解释为一种只有运动型驾驶者才需要的车辆特性,但它的意义远远超过了高速驾驶汽车通过弯曲山路的能力。敏捷性还决定了汽车在关键驾驶情况下的安全性,因此是主动安全的一个基本要素。
如定义说讲汽车动态总体呈现出汽车驾控感觉和稳定舒适性,但很遗憾这两个部分是熊和鱼掌的关系,车辆的概念和定位决定了汽车驾控感觉和舒适性,一般他们都处于舒适的家用车和赛车之间。举个例子来说,跑车的运动性肯定要高于轿车和小货车的,反之他们更注重舒适性而牺牲整车的驾控感觉。即便是系列的车,他旗下的衍生品都需要对他的动态进行区分,例如宝马M3和宝马3系列的客户对车辆的驾控性和舒适性需求完全不同,尽管他们都来自同一个车系。
7.6.1.1纵向动态性能
车辆的纵向动力学是驾驶员在直行驾驶过程中的感受。特别是在加速、减速和负载变化时,也可在恒速或上下坡时行驶。典型的客户要求涉及到:
动力性(车辆动力和扭矩的值以及可获取的动力和扭矩)牵引力(主要是在加速和制动)稳定性(主要是指车辆驾控方面)刹车距离(各种不同路面)车身的姿态在不同负载下关于车辆动力性能,与客户相关的最重要特性是加速度(以0至km/h或0至60mph所需的秒为单位)、额定功率(以hp或kW为单位)、最高速度(以km/h或mph为单位)和ampelstart19性能(以4秒内所涵盖的米或码为单位)。其他不可直接测量的要求包括超车能力,即超过另一辆车时所需的毫不费力的加速,以及运动性,例如急踩油门短响应时间或发动机高转速。
在这种情况下,发动机和变速箱作为主要部件具有双重客户相关性:首先,整车性能主要取决于发动机的特性(如扭矩与发动机转速和响应)和变速箱的特性(如传动比和效率),这使得它们成为车辆灵活性的决定性因素;其次,发动机类型和变速箱类型都是与客户相关的重要特性,独立于它们在整车中的作用。许多客户在情感上更喜欢V8发动机而不是6缸直列发动机,或者汽油发动机而不是柴油发动机,尽管这两种发动机可能会产生类似甚至更好的车辆性能。其中有一个很好的案例是克莱斯勒的HEMI发动机,HEMI发动机或多或少通过市场手段表示他是一个特殊的发动机,拥有自己的网站甚至品牌附件,HEMI发动机装配在克莱斯勒集团三个品牌(道奇,克莱斯勒,JEEP)上,然后装配此款发动机的车上尾门上都有一个HEMIInside的logo直接表示了消费者的品牌特征需求。
此外,变速箱的选择通常更多的是个人喜好,而不是最佳性能。小型经济型汽车通常采用手动变速器作为基本配置,因为手动变速器比自动变速器便宜,效率更高。自动变速器可以作为一种选择,但其相对较低的效率可以大大降低小型发动机的性能。虽然手动变速器允许驾驶员直接控制从发动机传输到车轮的动力,但自动变速器可使驾驶员免除所有联轴节和换档活动。因此,跑车、越野车和卡车通常配备手动变速器,而以舒适性为导向的轿车、货车或SUV则往往配备自动变速器。不同的市场也显示出不同的偏好:尽管绝大多数美国客户更喜欢自动变速器(近90%),但欧洲客户选择了更多的手动变速箱(整个市场80%,高端市场60%)。
驱动轮和路面之间的接触面所能传递的最大摩擦力限制了车辆的最大(加速时)和最小(减速)牵引力。主要由驱动轮接触面上轮胎与路面之间的摩擦系数(COF)决定。为了优化牵引力,车辆可以配备四轮驱动。四轮驱动提高了牵引力,特别是在湿滑的地面上,因此通常越野车采用四驱,但也提高了高度动态汽车的加速、灵活性和稳定性。
客户对制动系统的要求包括制动性能(最小制动距离)和刹车感觉(毫不费力的减速、车辆在减速过程中的稳定性、减速过程中的最小车身运动)。
稳定性是指行驶中的汽车保持直线的趋势,即使受到不均匀路面或侧风等干扰的激励,尤其是在同时加速或减速时。驾驶员可能会在身体上感觉到缺乏稳定性,例如在紧急停车时需要过度的校正转向运动。
7.6.1.2横向动态性
横向动态行为通常是车辆动态学中的“有趣因素”,也是最难客观描述的部分:驾驶者通过主观感觉(如指向性、健谈性、路感性、抓地力、稳定性或安全性)感知转向。在弯道上,运动型驾驶员渴望对车辆运动进行精确控制,以达到较高的横向加速度。“它像在铁轨上一样行驶”是一个典型的表达,描述了客户对横向动力学的积极体验。一般的技术描述是,驾驶员转向从直行到最大横向加速度(在物理限制内)的转换必须是自发的、可预测的、易于控制和稳定的,且不受纵向激励(加速、减速、负载变化)、和道路,天气等引起的不利因素影响。
测量横向动力学的车辆规格是车辆可能的最大横向加速度。很少有客户真正以横向加速度驾驶运动型车辆,这是概念设计的基础。图7.43比较了在普通道路(蓝线)上行驶公里的典型客户与在赛道(红线)上行驶00公里的同一辆车的专业驾驶员的横向载荷谱。
7.6.1.3垂直动态性
就灵活性而言,垂直动力学是车辆的一个基本特性:通过确保在每种驾驶情况下的最佳轮胎-道路接触,垂直动力学定义了纵向和横向动力学的物理限制。客户在垂直动态方面的要求主要与乘坐舒适性有关,因此在第7.4.1.1节RideComfort上进行了讨论。
7.6.2零部件和系统设计
整车敏捷性设计意味着优化相互冲突的目标,如稳定性、加速/减速、牵引力和舒适性。动力系统和底盘是决定车辆敏捷性的两个子系统。
7.6.2.1动力传动总成
动力总成一词是指产生推进力并将其传递到路面的一组部件:发动机、变速器、驱动轴、差速器和驱动轮。汽车加速和牵引力最重要的设计杠杆是发动机、变速器和驱动轮轮胎的技术参数。
发动机-不同的发动机类型会产生不同的驾驶特性。区别车辆用往复式活塞发动机的基本参数是燃料类型和相应的燃烧过程(汽油/柴油)、气缸布置(直列、V形、boxer)和气缸数(3、4、6、8、10、12)。规定发动机性能和动态特性的附加标准包括排量、燃油喷射技术、进气/充气技术和排气技术。在图7.44中,比较了不同的发动机配置(汽油/柴油/小时;自然吸气/充电)的功率和扭矩。
提高发动机性能的有效方法是增压。增压(发动机进气系统中增加进入气缸的气体体积的压缩机)通过皮带驱动至凸轮轴(机械充电器)或通过发动机排气中的涡轮(涡轮增压器)启动。带所需皮带传动的机械充电器通常很难装到现有的基础发动机上。在任何情况下,增压器都需要一个旁通阀和一个增压空气冷却器作为必须的附件添加到发动机舱。图7.45比较了机械增压和涡轮增压对4缸汽油机性能的影响。
由于增压涡轮的附加旋转质量对发动机响应有不利影响,运动型发动机使用两个小型增压涡轮,而不是一个大型增压涡轮,以减少总惯性矩(双涡轮)。
变速箱-就像发动机一样,变速箱也必须符合整车的特点和驾驶员的个人喜好。自动变速器的常见变体包括:
手动变速器:带离合器和落地式或立柱式换档器半手动变速器:不带离合器踏板的手动变速器;离合器由伺服控制的电子变速器控制系统结合或分离,例如宝马的SMG或菲亚特的Selespeed带变矩器的自动变速器:带液力变矩器而非离合器的传统自动变速器,例如ZF5HP或6HP系列无级变速器(CVT):无级变速的传动比允许在几乎所有车速下保持最有效的发动机转速,例如DAF的variomatic或奥迪的multitronic直接换档变速器(双离合):两个组合式手动变速箱,可实现快速无动力损失换档,例如福特的PowerShift或奥迪的s-Tronic自动变速箱遵循一种换档策略,该策略从输入数据(如油门、发动机转速、车速、横向加速度、纵向加速度、制动信号和发动机温度)中得出最佳换档点。
量化变速箱性能指标是换档时间和换挡平顺度,换挡时间即动力流实际中断的时间。就运动性或性能而言,直接换档变速器是当今最优秀的概念,换挡平顺就是换挡过程中客户感知到的冲击和顿挫的多少甚至没有。
四驱-与标准的两轮驱动相比,四轮驱动系统需要来在前后轴附加的分动器来分配前后扭矩、附加的传动轴、附加的差速器和附加的驱动轴。
在越野驾驶中,四轮驱动的目的是将可用扭矩以最佳方式传输到所有车轮,这通常需要锁定轴(前/后和左/右)。在动态汽车中,四轮驱动用于最佳加速和操控,动力由电子控制系统根据路况精确分配到四个车轮之间,图7.46为宝马xDrive的部件,一个检测路面变化的四轮驱动系统(例如,在冬季驾驶时)并立即重新分配动力以应对任何转向不足或过度。
随着四轮驱动系统在乘用车中的份额不断增加,未来的发展重点将是灵活性和驾驶行为,而不是越野能力,油耗(特别是混动的加入),成本等方面。
7.6.2.2底盘系统
底盘部件和子系统(车轴、弹簧减振器系统、车轮和轮胎、制动系统、转向系统和车身)连同整车概念给出的基本参数,如轮距、轴距、重心、重量、轴荷分布、簧上/簧下质量或阻力系数,共同决定了整个整车动态性能(驾控性和乘坐舒适性)。在概念阶段必须解决的主要概念冲突有:
在给定发动机几何结构和车辆宽度的情况下最大化车轮宽度在给定发动机罩高度的情况下最大化弹簧工作区域优化振动和声学舒适性,同时利用新的和更多复杂的发动机技术(如混合动力系统、电动发动机等)轮胎概念(例如漏气轮胎)在重量限制的情况下优化制动性能基于成本比调教最大横向动态范围具体底盘开发描述还很多需要参考详细资料,本节不在这详述,需要资料可以