整车设计姿态确认方法

2023年11月17日发(作者：柯珞克的致命缺点)

AUTOMOBILE DESIGN

| 汽车设计

时代汽车

整车设计姿态确认方法

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

Con? rmation Method of Vehicle Design Posture

Zhao Dan

The design posture of the whole vehicle is very important. Sports cars, cars, and SUVs all have their own posture characteristics. Compared with

Abstract

：

domestic cars, the overall look and feel of Audi series, Volvo 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 de? nition, in? uencing factors, reasoning

process, and in? uencing performance.

Key words

：

posture, vehicle design, suspension calculation, tire stiffness curve

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

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

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

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。

图2 扫描点云数据及车型对标

车型

整备姿态

半载姿态满载姿态轴距

(°)(°)

(mm)

0

0

(°)

0

0

0

0

0

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4 以SUV为例介绍整车姿态确定开发图3 前悬架和后悬架系统结构形式图（左前右后）

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305.39、

303.3、302.65mm；整备、半载、满载后

轮静力负荷半径分别为309.96、306.75、

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

111前

=Gd/8Dn1）

43

Cs=Gd/8Dn2）

43

222后

G—弹簧剪切模量，83000N/mm

2

；d—

1

前螺旋弹簧簧丝直径,mm；d—后螺旋弹簧

2

簧丝直径，mm;D—前螺旋弹簧中径,mm;

1

D—前螺旋弹簧中径,mm;n——弹簧有效

2

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；如果相差较大，则重新测试并重新

理论计算。

140

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B

F

u

A

M

δ

R

F

n

G

P

B/2

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

1s1

=C×μ×cosδ/P×cosβ 3）

C—前螺旋弹簧刚度，N/mm（图3）。

s1

后悬架系统刚度计算，按照公式4）进行。

C=2×L×C×cosα/L4)

21b2s221b1

L：地面反作用的力臂，mm；C：后

1b1s2

悬架螺旋弹簧刚度，N/mm。

α：空载状态下弹簧与垂直方向的夹角；

2

L：弹簧力的力臂，mm。

1b2

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

12

和n以及前后悬架静挠度

f和f。前后悬架静挠度和偏频的匹配一般

c1c2

f=0.8-0.9 f。轿车常用静挠度一般100-

c2c1

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

L

1b1

L

1b2

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.

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。