【R&D】现代新胜达车型悬架开发

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本文介绍了现代汽车公司全胜达（SantaFe）车型的新开发悬架系统，该车型将于2006年上市。与之前的车型相比，全新SantaFe的新悬架系统旨在为驾驶员提供更好的操控和驾驶信心，同时保持良好的乘坐体验。为了实现这些目标，悬架系统进行了全面的改善和精细调整。柔性特性与之前车型进行了对比。此外，还考虑了与悬架布局相关的碰撞性能和布置效率，而不受悬架性能的限制。基于市场上客户的声音，新开发的SantaFe的悬架系统试图满足各种客户的需求。01 引言前悬架采用了与之前车型相同的麦弗逊式悬架。然而，悬架布局在控制臂结构和齿轮齿条转向器位置方面发生了显着变化，旨在提高碰撞性能和操控性能的同时保持良好的乘坐体验。后悬架采用了新开发的多连杆悬架，显著提高了 布置效率和后部碰撞性能，同时大幅提高了操控性能。因此，本文首先介绍了前后悬架布局的特点，然后描述了乘坐和操控性能的主要改进如下：
1）前后悬架的布局都经历了重大改进，包括悬架组件的特性特点和紧凑结构。2）新的悬架系统在前后系统中考虑了车身结构和布置效率，以提高碰撞性能和行李空间。这些因素对客户的选择至关重要，与驾驶性能同样重要。02 悬架布局的优势2.1 前悬架新SantaFe的前悬架基本构造延续了之前的麦弗逊式悬架，采用了下控制臂，如图1所示。性能改进包括安全、舒适和精致驾驶所需的几何运动特性。

齿轮齿条转向器的位置比之前的位置低了141毫米，如图2所示。这使得车身侧面构件的横截面增大，以提高前端碰撞性能和车身结构刚度。

此外，如图3所示，下控制臂的形状从传统的“L”形状变为“反向L”形状，这也有助于碰撞性能。在之前的车型中，下控制臂两个副车架安装位置之间的部分需要具有较高的刚度，以确保转向器的稳固安装，而转向器位于这两个位置之间。

在前碰撞测试中，这个坚硬的区域不会变形，否则会侵入底部的防火墙内，从而损害乘客的脚部区域。但是，在具有“反向L”形状下控制臂布局的新SantaFe中，两个副车架安装点之间的区域被放大，以通过宽跨度改善力的分布，与此同时，在前端碰撞中，这部分区域会随着该位置的副车架变形而变形，从而提高了碰撞性能。
新前悬架的另一个特点是制动卡钳安装位置。通过将制动卡钳安装在前轮中心的后部，有两个优点。首先，由于允许空气从前向后流动，制动盘的冷却效率得到提高。其次，这种布局减少了拉杆所承受的负荷，从而减少了回敲和摆阵，因为簧下质量的转动惯量方向与路面载荷的方向相反。因此，从性能角度考虑，制动卡钳系统的后定位可以减少回敲和摆阵。

2.2 后悬架
与之前的车型相比，新的多连杆后悬架完全改变了，如图4所示。悬架系统设置为完整后悬模块，并使用更大的副车架橡胶衬套，可以吸收并隔离振动。上控制杆位于轮圈顶部下方，而下控制杆（包括弹簧座）位于相对于轮中心略后的位置，而拉杆控制杆的前端位于轮中心前面，比下控制杆的位置略高。控制后轴纵向运动的拉杆的前端橡胶衬套安装在副车架上，而不是车身上，形成整个后悬模块。


后悬架弹簧与减振器分开，放置在后车身侧横梁和下控制臂之间。后减振器的上支架位置非常低，并连接到车身侧横梁，而不是车轮轮包，以获得更好的行李空间并减少路面噪音。这种位置非常低的布局相比于后减振器连接到车轮轮包的之前模型，提供了更宽敞的行李箱空间和更低的地板。与旧型号相比（参见图5），左右轴之间的后车轮轮包的横向跨度增加了141毫米。以通过后车身侧横梁直接吸收更多的冲击能量，从而减轻车辆在与另一辆车后方相撞时的影响。




03 悬架性能改进

3.1 悬架几何学

悬架几何特性经过精细调整，以获得更好的驾驶条件。首先，通过将前悬主销后倾拖距增加60％来提高直行稳定性。其次，悬架的初始负外倾角设置可在转弯条件下保持良好的轮胎接地面积，为轮胎提供增强的横向稳定性，从而提高驾驶员的操控稳定性。
3.2 弯道稳定性改善3.2.1 前悬前束变化提高转弯稳定性的一个重要特性是使前外轮的前束角变化呈线性。非线性的前束角变化可能导致车辆出现不可预测的橫摆运动，使其在崎岖的道路上无法直行。与之前的车型相比，新车型在车轮跳动时具有线性的前束角变化（参见图7）。

3.2.2 后悬前束角变化 为了在转弯条件下实现良好的转向响应和转向不足性能，后轮前束角变化特性非常重要。后悬架的外侧轮需要具有足够的toe in特性，以实现转向不足。然而，在车轮跳动时，前束角变化过大会导致在转弯刹车时后轮迅速toe out，从而产生突然的过度转向现象。在某些特殊情况下，如双移线工况时，过大的前束角变化，尤其是toe out，会引发意外的橫摆现象。因此，希望在后轮跳动时适当减少前束角toe in变化，而不是toe out，如图8所示，通过与前悬架平衡，保持toe in的侧向力柔顺转向，以实现良好的转弯稳定性，与之前的车型相比，如图9所示。



在转弯时，当制动力作用于后轮时，希望前束角变化是toe in的。新车型通过横向连杆的优化布置，在制动时提供toe in特性。这一概念与之前的车型相反，如图10所示。其原理是后悬架的下控制臂相对较长，而位于后轮中心前位置的拉杆控制杆相对较短。此外，后悬架俯视图中下控制臂的斜度比拉杆控制杆的大。更高的横向刚度可在转弯条件下实现快速的转向响应。因此，新车型通过在边界约束下尽可能保持上下控制臂之间的距离较长，使横向刚度比之前的车型高出18%。

3.2.3 侧倾刚度与侧倾运动新车型设计为具有小的侧倾角度，同时保持舒适的乘坐感。因此，它将其驾乘偏频保持在与之前相同的水平。此外，车辆重心高度与之前的车型相同。如上所述，这些条件使得车辆的侧倾刚度相同，但新车型的侧倾增益比之前的车型小30%。通过调校分别增加稳定杆的侧倾34%和56%。为了改善车辆的侧倾性能，不仅需要减少侧倾角度，还需要改善侧倾运动。在侧倾运动期间，车身前部和后部的运动取决于侧倾中心横向移动和侧倾轴线的梯度。侧倾中心向弯外移动会使车身上升。相反，侧倾中心向弯内移动会使车身下降。后者有利于获得良好的侧倾行为。在新的SantaFe车型中，通过增加后侧倾中心的横向移动来减小前后侧倾中心的横向移动差异。此外，新车型的侧倾轴线梯度大于之前的车型。最后，通过增加侧倾中心的横向移动和适当的侧倾轴梯度，新悬架能够产生前部下沉效应。04 结论全新SantaFe的新悬架经过巨大的努力开发，旨在提高驾驶性能。此外，新悬架考虑了车身结构进步和布置效率。新SantaFe车型操控稳定性的显著提升是其中突出的成果之一。通过从一开始就实现所有性能目标，现代汽车公司能够自信地将全新SantaFe投放市场，相信其将取得成功。