硬一點好?還是軟一點好?淺談汽車操控性與乘適性模擬分析

隨著社會的快速發展,能夠隨意方便移動的汽車,已是每個現代家庭不可或缺的重要交通工具。一般民眾在選購汽車時,除了考量車輛的價格、外觀、功能,以及車輛的安全性與耐用性之外,開車時,駕駛與乘員最能直接感受到的車輛操控性與乘適性,也是相當關鍵的考量重點之一。

然而,車輛的操控性與乘適性兩者之間卻是存在著衝突的關係,難以兩全其美。一般來說,偏軟的懸吊設計較能緩衝路面凹凸的衝擊力,乘適性較好,但轉向的反應較慢,操控性較差;反之,偏硬的懸吊設計乘適性較差,但操控性較好。

雖然目前已有少數高級車款配備有可隨路況與操控條件即時調整懸吊特性的主動式懸吊繫統,可以兼具操控性與乘適性,但在主動式懸吊繫統尚未普遍商品化之前,車輛的設計仍需在操控性與乘適性間做適度的取捨或取得一個較佳的平衡。

通常,若車輛銷售的主要訴求對象是年輕族群,車廠在設計上會較偏重操控性;若是中壯年族群,則設計上可能會較偏重乘適性。

至於車廠在設計開發車輛時,如何能在還沒有試作好的原型車可供測試調挍的設計階段,儘早知道所設計車輛的操控性與乘適性是否符合預先所設定的目標呢?

運用電腦輔助工程分析(CAE)的方法,可以將圖1與操控性與乘適性有關之車輛設計資料,包括各重要節點的座標、質量、慣性矩、元件的彈簧與阻尼性質等輸入電腦,建立虛擬的數值分析模型,再以分析軟體進行計算。


圖1 車輛運動性能分析模型建立示意圖

圖2為所建立之車輛前懸吊與後懸吊模型,分別在左右輪受到一上一下位移的動態特性模擬結果。其他的前後或左右等受力狀況的動態反應特性也可以經由模擬分析一一得到。若分析結果與設計的期望不符,可以很快的調整設計值再計算一次,直到符合為止。


圖2 車輛前懸吊與後懸吊之動態特性模擬

圖3為運用整車數值分析模型模擬車輛經過凸起路面的分析結果,藉由車輛所反應的加速度變化,可以評估車輛的乘適性能。

圖3 整車之乘適性分析

圖4則為模擬車輛變換車道的分析結果,當車輛要變換到左側車道時,車身會向右側傾斜,此時車身會產生重量移轉,左側輪胎的垂向受力會減少,而右側輪胎的垂向受力會增加;另外,若輪胎的摩擦力不足以抵抗因車輛激烈操控所產生的側向力,車輪就會產生側滑。


圖4 整車之變換車道分析

當然,除了前述所提及的兩項分析之外,尚有許多其他的乘適性與操控性項目,設計者必須同時納入評估並做適度的取捨。

此時,運用電腦輔助工程分析的方法,快速的提供各個評估項目的模擬分析結果供設計者參考,可以提升設計的效率與品質,並減少日後實車測試調校的時間,這不但降低了開發時間與成本,也可有效的提升汽車的品質,使消費者對所開發的汽車有更好的評價,也更能安心的盡情享受汽車的駕駛樂趣。

[消息來源:ARTC車輛測試研究中心]
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