【马自达技报】新款Roadster的底盘动态性能

2016-11-040阅读0

  摘要

  SKYACTIV-底盘在实现驾乘愉悦的深层次进化、有助于提升环保性能的大幅度轻量化的基础上,通过改善“人车合一的驾驶乐趣”、舒适性和安心感,提高了“行驶品质”。新款Roadster再接再厉,继续发展历代Roadster的人车合一,精益求精追求以人为本的“感觉”,实现了极致的人车合一。前悬挂采用双叉骨式,后悬架采用多连杆式,既继承了上一代款式的特点,又新开发出了FR用SKYACTIV-底盘。转向器采用马自达的第一款双小齿轮式电动助力方向盘。在通过上述改进实现轻量化的同时,实现了体现终极人车合一的轻快感和随心所欲感。

  Summary

  With further evolved “Fun to Drive” and significant weight reduction, which supports environmental friendliness, Mazda SKYACTIV chassis has achieved “enhanced Jinba-Ittai (Oneness between driver and car) driving pleasure” and realized higher “driving quality” that provides enhanced comfort and a sense of security. The New ROADSTER is aimed at achieving an ultimate level of Jinba-Ittai with the focus placed on human senses. While adopting the double-wishborn front suspension and multi-link rear suspension systems, we have developed the new SKYACTIV chassis to use for front –engine, rear-drive (FR) vehicles. For steering gear, we have applied the dual-pinion electric power assist steering system, which is first application in Mazda cars. By so doing, we have been able to realize a sense of briskness and responsive drive as an ultimate level of Jinba-Ittai, while achieving a weight reduction at the same time.

  1.前言

  SKYACTIV-底盘为了促进驾乘愉悦的深层次进化和环保性能,实现了大幅轻量化,并且提高“人车合一的驾驶乐趣”,以通过改善安心感和舒适度提升“行驶品质”为目的,通过从根本上调整悬挂和方向盘功能,使一体感、安心感和舒适度之间相互制约的性能得到了高层次兼顾。

  本文将介绍第一款后轮驱动方式(FR方式)的SKYACTIV-底盘及其性能。

  2.开发的目标

  人车合一的定义是汽车对人员操作的反应符合人的感觉,使人感觉与汽车融为一体,也就是汽车按照驾驶员的意愿运动。历代Roadster一直将“人车合一”作为动态性能的发展方向。

  这一方向在配备SKYACTIV技术的商品线CX-5、ATENZA、Axela和德米欧中一脉相承,新款Roadster的目标就是“终极人车合一”。其中,新款Roadster特别注重以人为本的“感觉”,实施了以人为中心的开发。为实现终极人车合一,将轻快感和随心所欲感作为开发的关键词。轻快感的目标不只是汽车轻巧、活动敏捷,对于操作的反应也要令人心情愉悦,使驾驶员舒适地感受到车辆的运动。随心所欲的感觉,则是让驾驶员在任何情况下,车辆行为都符合操作方向盘时的意图,实现稳定控制。

  3.达成手段

  3.1 结构与特点

  (1)前悬挂

  新款Roadster的前悬挂与过去的Roadster一样,采用小型、能自由设定几何形状的内轮型双叉骨悬挂(Fig.1),以优化定位、几何形状为目的刷新了硬点。横梁为刚性连接,确保了刚性。并且采用高张力钢板,通过优化板厚,实现了轻量化。横梁下表面配置了铝合金下盖进行加固。下盖用整个表面支撑平面的横梁,有效提高了整条横梁的刚性,并且在后端形成构件截面,实现了横向构件的功能。通过这些方式,前悬挂的刚性得到有效提高,同时实现了轻量化。下摇臂、上摇臂和转向节采用铝合金,轮毂采用4个轮毂螺拴,也都实现了轻量化。

  

Fig.1 FrontSuspensionandSteering

  (2)后悬挂

  新款Roadster的后悬挂采用比过去的Roadster更加先进的多连杆悬挂(Fig.2)。后横梁与车身框架融为一体,组成了提高车身刚性的结构。具体组成部分包括前后横梁和连接二者的侧梁构件,前横梁配置在差速器下方,连接前后的构件也通过构件的下表面接合,与车身框架组合成立体车身结构,实现了强大的车身刚性。全部连杆均由直管构成,重量轻而且刚性强。

  

Fig.2 RearSuspension

  (3)转向器

  新款Roadster的转向器采用燃效性能优良的电动助力转向系统。并且在马自达的汽车中首先采用了双小齿轮式。在硬件方面,转向器通过采用无刷马达,降低了惯性感和摩擦感,软件方面,上一代款式是根据转向扭矩和车速信息来调整辅助量,而新款Roadster在信息中加入了绝对舵角、方向盘转向方向,能够更缜密,而且机动灵活地调整辅助量。

  3.2 轻快感

  新款Roadster的轻快感,不单单是车体轻巧、活动敏捷,还实现了畅快的驾驶感觉,对于操作的反应也令人心情愉悦。

  (1)制动时的俯仰行为

  车辆制动时,会产生与制动力和重心高度相对应的转动力矩。在力矩的作用下,汽车会表现出前轮俯冲、后轮举升的行为。新款Roadster调整前悬挂的防俯冲特性,并且强化了后悬挂的防举升特性。具体来说就是调整后悬挂的连杆配置,通过设定导向杆,在确保驾驶室布置设计的同时,为强化防举升几何形状特性创造了可能性。从而抑制了使乘员视线在制动时升高的行为,制动后减速稳定、令人心情舒畅。

  (2)转向特性

  新款Roadster在打方向盘时,转向扭矩的变动小,实现了精确转向。转向器通过采用双小齿轮式,在齿条轴上进行辅助,可以缩短从接地点到动力单元的路径,提高二者间的刚性。并且将转向器在横梁上刚性安装,进一步提高了刚性。借助高刚性,精确再现了转向角。

  (3)惯性偏航力矩

  通过对车辆前端、后端的悬挂和车辆整体实施轻量化,惯性偏航力矩有所降低。惯性偏航力矩由车身尺寸决定,新款Roadster与尺寸、车辆重量相同的其他品牌汽车相比,偏航惯性更小。偏航惯性小有助于提高基本运动性能,实现了轻快感(Fig.3)。

  

Fig.3Yaw Inertia

  3.3 随心所欲感

  新款Roadster在驾驶员操作方向盘等装置时,会按照驾驶员的意愿运动。还能掌握与路面的接地情况,如同手脚一般活动自如。

  (1)转弯时的控制性

  在中高G区的转弯时,车辆的实际转向角受到轮胎产生的反作用力,会随轮胎到动力单元的刚性而减少。新款Roadster通过将转向器的动力单元配置在齿条轴上,提高从轮胎到动力单元的刚性,通过为转向角与实际转向角建立线性关系,实现了符合驾驶员意愿、精确的实际转向角。并且在上一代款式的基础上增大前轮主销后倾角,增大转向时的负外倾角,抑制不足转向特性,实现了随心所欲的转弯控制性。

  另外,为了使后悬挂的减震器在产生微小衰减力的时候,也能保持高效率,减震器与轮毂支撑直接连接,使车轮行程与减震器行程的比例(减振器杠杆比)达到了1:1。并且调整减震器的安装位置,实现了减振器杠杆比在所有行程位置都变化较小的配置。通过以上改进,在任何情况下行驶,都能得到符合预期的衰减力(Fig.4)。

  

Fig.4LeverRatioChangeofRearDamper

  (2)转弯时的稳定性

  新款Roadster调整了后悬挂的横向力柔性转向特性。按照与SKYACTIV-底盘相同的思路,优化连杆配置,通过使后轮胎输入横向力时弹性轴前倾,实现了稳定的横向力-前束特性(Fig.5)。在横向力不断增大的过程中,创造出合理的前束特性,提高了转弯时的稳定性。前悬挂则采用接地点的转向主销负偏距。借助以上改进,提高了包括转弯时在内的制动稳定性。

  

Fig.5RearSuspension

  (3)抓地感

  新款Roadster通过连续不断地向驾驶员合理传达路面信息,提高了抓地感。具体来说,就是去除多余的振动,将路面情况反馈给方向盘。通过采用双小齿轮,齿条轴上的小齿轮会使路面的输入衰减,仅向转向轴传导必要的信息。而且,因为从轮胎到动力单元的刚性高,轮胎不会因为干扰而随意改变转向角,通过合理地传输路面信息,提高了抓地感。

  4.达成性能

  4.1 轻快感

  新款Roadster如上所述,不仅车体轻巧、活动敏捷,对于操作的反应也令人感到愉悦,实现了轻快感。下面来介绍其实现的性能。

  为了营造愉悦的感受,对于驾驶员微小的输入,车辆要直线性、按照预期作出微小而且流畅的反应。Fig.6是操舵力与偏航角速度的关系。从转向初期开始,微小的转向力使偏航角速度直线升高,实现了转向初期车辆响应的线性度。

  

Fig.6 SteeringWheelTorquevsYawRate

  再来看变道开始切入时转向扭矩的图表。新款Roadster与上一代款式相比,切入时的扭矩波动小,实现了转向初期转向力的线性度(Fig.7)。

  

Fig.7

  除转向初期的偏航运动外,为了使悬挂对微小的输入也能够作出反应,新款Roadster对悬挂垂直运动的摩擦进行了合理优化。Fig.8比较了前悬挂垂直运动的摩擦。

  

Fig.8 Front Suspension Friction

  借助这一优化,对于转向初期的微小输入,车辆在偏航运动的同时,会借助前悬挂的作用,开始斜线侧倾,实现了自然的侧倾特性。通过对微小的输入作出符合驾驶员预期、微小且具有直线性的车辆行为,实现了愉悦的感受,也就是轻快感。

  Fig.9,10比较了新款Roadster与上一代款式在制动时前悬挂和后悬挂的垂直运动。新款Roadster按照设想抑制了后悬挂的举升,略微加大前悬挂的俯冲量,使制动时驾驶员的视线不下沉,实现了令人愉悦的制动行为。

  

Fig.9 Front Suspension Dive at Braking

  

Fig.10 Rear Suspension Lift at Braking

  4.2 随心所欲感

  新款Roadster使车辆行为符合驾驶员的意愿,并着手遏制了意料之外的行为。Fig.11,12是缓慢加速转弯时的横G与转向角,以及后滑动角的关系。

  

Fig.11 ConstantCorneringRadiusTest

  

Fig.12 ConstantCorneringRadiusTest

  从图中可以看出,临界点出现了转向不足的倾向,但与上一代款式相比,新款Roadster抑制了这一倾向,具有中性转向方向的特性。与此同时,新款Roadster与上一代款式相比,具有较高的过弯极限。借助以上特点,成功表现出符合驾驶员意图的行为,抑制了意料之外的行为。

  另外,为了实现随心所欲感,重要的是对路面情况了如指掌。Fig.13是缓慢加速转弯时转向角的图表。由图可知,在保舵时,转向角不变,驾驶员感觉到来自路面的合理反馈,实现了稳定的保舵。

  

Fig.13Constant Cornering Test

  5. 结语

  本文简单介绍了新款Roadster底盘的动态性能。通过新开发FR用SKYACTIV-底盘,与上一代款式相比,动态性能无疑有了大幅度的提升。今后,我们将再接再厉,进一步提高底盘的动态性能。(作者:友贞贤二 野田曜一 户田良二)