【R&D】现代捷尼赛思悬架开发

落叶纷飞

摘要本文介绍了为现代捷尼赛思（Genesis）车型开发的前/后五连杆独立悬架系统。前悬架包括两根上连杆、两根下连杆和一根前束拉杆。而后悬架则包括两根上连杆、一根下连杆、一根牵引杆和一根前束拉杆。分别阐述了前/后悬架系统的设计理念，并展示了如何设计和优化悬架特性，以满足奢华舒适的乘坐感和精准的操控要求。01 引言
现代汽车公司在过去六年里专门开发了一款创新的后驱平台。在2008年1月，这项努力以“Genesis”之名取得了成功。对于这款公司的新后驱车型，人们寄予了极高的期望。该平台采用了前/后悬架均为五连杆独立悬架的设计，与公司之前的车型相比，这种全新的悬架类型有望改善动态性能。本文介绍了前/后悬架系统的特点，并通过重点关注悬架系统的几何特性来描述动态性能的改进。

02 悬架布局的进步

2.1 前悬架

图1展示了现代Genesis的前悬架。与采用双叉臂或麦弗逊式悬架的其他车型相比，前悬架的基本架构已完全改变。通过在转向节上分离球接头位置，将下控制臂和上控制臂分别分成两个连杆。与双叉臂式悬架和麦弗逊式悬架的运动学机构相比，它具有更多的设计自由度。然而，随着接头数量的增加，悬架的摩擦力也会增加。因此，在设计阶段应考虑摩擦控制策略，以减少影响乘坐和操控质量的摩擦力。


在上/下控制臂中使用双球节提供了一些性能优势。第一个优势是稳定性。双叉臂式悬架的情况下，是由下部球接头和支撑架上的球接头决定的主销轴线；对于麦弗逊式悬架，则由下部球接头和支撑架上的球接头决定。对于五连杆式悬架来说，存在一个虚拟主销轴线，如图2所示。它由分别位于上下连杆延长线交叉点处的两个虚拟球接头确定。由于虚拟接头随着转向时转向节上的球接头的移动而移动，虚拟主销轴线在转向时会移动。因此，前悬架的与转向相关的特性（如主销后倾角）也会在转向过程中改变。与前轮驱动悬架系统相比，开发出的悬架的内外轮主销拖距相对较大，因为前悬架与驱动轴无关，如图3所示。如果车辆采用前轮驱动，侧视图中的主销轴线应在车轮中心水平面具有较小的主销偏置矩，以防止在转向过程中驱动轴产生力矩分量；然而，对于后轮驱动平台而言，它不受此限制，地面主销拖距可以设置得更大，以提高行驶稳定性。此外，外轮的主销拖距地变化大于内轮，这样可以改善转向感和行驶稳定性。



第二个优势是减少来自车轮的振动。虚拟主销轴线可以在不考虑物理空间限制下的设计。图4显示了虚拟主销轴线及其与车轮中心的偏置距。通过使用双球节，可以减小车轮中心水平处的主销偏置距。单球节悬架（如双叉臂式或麦弗逊式悬架）由于其物理空间限制而设计在转向节上的球接头，双球节设计使得主销偏置距相对较小。因此，车轮不对称或在不平道路上行驶时的干扰而引起的车轮振动可以减小。
第三个优势是提高乘坐舒适性。与其他悬架相比，由于下连杆的布局类似于四连杆机构（如图5所示），由于纵向力产生的车轮位移更大。因此，连杆位置由外力改变，连杆吸收冲击的能力比那些下控制臂具有单球节结构的其他悬架更大，从而改善了乘坐舒适性。




2.2 后悬架现代Genesis的后悬架也采用了五连杆独立悬架。图6显示后悬架，它包括两根上连杆、下连杆、牵引连杆和前束拉杆等五个连杆。弹簧和减振器器分别安装在下控制臂和转向节上，它们分别安装在后座椅侧部件的下部和车轮舱内。这种布局是从现代其他车型中继承下来的，以减少噪音问题。这是将弹簧安装到具有更高刚度的后座椅侧部件上的结果。通过将它们分开，可以增加后舱室和行李舱空间的容积。连杆的位置布置考虑了维护的便利性。由于这是一个后驱平台，驱动轴安装在后悬架上。

后悬架的基本设计理念是稳定性和建立。在转弯时，后轮轮胎具有toe in趋势，以增加转弯时的稳定性。图7显示了下连杆和前束拉杆的瞬心，它位于轮胎接地点的后方；因此，在侧向力作用下，轮胎会出现toe in趋势，这对于提高转弯稳定性和响应是必要的。此外，轮胎在制动力作用下也会略微toe in，因为瞬心几乎位于轮胎中心线上，而沿该线作用着制动力。在制动操作时，后轮会下跳；因此，对于轮胎前束角的总变化受到限制。这确保了后悬架的稳定性。

2.3 悬架性能的提升图8显示了车辆的最小转弯半径与轴距的关系。与同等尺寸的其他车辆相比，现代Genesis的转弯半径更小。它拥有最长的轴距和最短的转弯半径。现代Genesis采用五连杆悬架，使得前悬架在相同尺寸的车辆中的转向角度更大，因为内侧转向轮的虚拟主销轴线在转向时向内前移，外侧转向轮的虚拟主销轴线在转向时向内后移，如图9所示。图8还显示，采用多连杆式悬架的车辆比采用双叉臂或麦弗逊式悬架的车辆具有更小的最小转弯半径。后轮驱动和五连杆悬架使得现代Genesis的最小转弯半径在相同尺寸的车辆中最短。



现代Genesis悬架系统的主要设计理念是清晰的方向感和操控性。为了实现这一理念，最小化了几何运动和柔性前束角变化。前悬架在上/下跳动行程运动中的前束曲线如图10所示。前束角变化的大小被最小化，并且前束角变化幅度最小和变化线性化以提高稳定性。对于制动工况，前悬架被设计成吸收制动或冲击以改善乘坐舒适性。此外，前悬架被设计成在转弯制动时具有toe out趋势，以提高稳定性，如图11和12分别展示了根据制动力和侧向力的前束角曲线。因为轮胎的上跳行程时的前束角变化不大，所以制动力下的前束角变化满足了稳定性和响应的要求，并通过降低纵向刚度来改善乘坐质量。如图12所示，侧向柔性转向被优化，通过给轮胎一个toe in 趋势以实现中性转向来减小轮胎侧偏角。对于后悬架，上下行程运动中前束角变化的大小被最小化，并且前束角变化最小化且变化线性对称以提高稳定性，如图13所示。在制动时，前束角变化被限制以提供稳定的车辆姿态，如图14所示。图15显示了后悬架具有足够的刚度来抵抗侧向力，就像其他竞品车辆一样。











图16显示，与其他竞品车辆相比，现代Genesis具有更软的纵向刚度和更高的横向刚度。这意味着现代Genesis在车辆转弯时能够吸收更多的干扰或制动力，并在车辆转弯运动时提供更大的抓地力。与其他竞品车辆相比，侧倾中心高度较低，并且侧倾中心高度的变化幅度相对较小。图17和图18分别显示了前悬架和后悬架的侧倾中心移动情况。图19展示了侧倾轴线的移动情况。尽管一些研究将侧倾轴线定义为簧载质量相对于非簧载质量的侧倾轴，并且提出了在没有几何侧倾中心的情况下找到它的方法。但通常情况下，侧倾轴线是由通过前后侧倾中心的一条线来定义的。为了更好地进行侧倾运动，理想情况下前侧倾中心应该比后侧倾中心低。此外，前/后侧倾中心的横向移动差异越小，车辆的侧倾行为就越好。在这方面，现代Genesis的侧倾特性优于其他车型。







结论现代Genesis分别采用了前后五连杆独立悬架系统。通过这些悬架系统的帮助，车辆可以在各种状态下精确控制其运动，从而实现其性能目标。与竞争对手的车辆相比，现代Genesis的前后悬架已经进行了开发，以改善驾驶性能。目前，作为一款领先的车型，现代Genesis具有奢华的乘坐舒适性和精准的操控性。这些特点可以同时提供舒适的乘坐体验和驾驶乐趣，因此现代Genesis将能够满足客户的需求。