「敏捷性，在本文指的很寬泛，但他客戶感知角度就是車輛駕駛起來靈活響應好，他囊括了車輛的動力性能和轉向，剎車等車輛響應等，如果你這樣理解的話可能對於主機廠內部劃分職責更鮮明，但或許就統稱為敏捷靈活性更突出了客戶的需求，本文應該是比較詳細明晰的分解了agility，也把他落到了零部件系統開發，是比較好的通識性文章。」
7.6
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整車敏捷性
Agility
摘要：
整車敏捷性是指車輛能夠將駕駛員的指令（通過方向盤、油門踏板和剎車）轉換為車輛預期的運動。它描述了在不同的駕駛條件下，司機可以加速、減速和操縱汽車的方式、速度和程度，以及司機和乘客如何感知由此產生的運動。
從客戶的角度來看，車輛的動態行為有三個不同的方面——對車輛、乘客和行李施加力的方向不同：
縱向動態性：加速和減速性能，車輛對加速和減速的響應橫向動態性：車輛對轉彎引起的橫向行駛方向力的響應 垂直動態性：車輛對垂直力的響應，由輪胎滾離路面幾何結構和發動機的相對運動引起然後這三個方面綜合作用就形成了顧客感知車輛動態的兩個部分：汽車駕控感覺和穩定舒適性。
7.6.1 法規以及客戶需求
儘管敏捷性通常被解釋為一種只有運動型駕駛者才需要的車輛特性，但它的意義遠遠超過了高速駕駛汽車通過彎曲山路的能力。敏捷性還決定了汽車在關鍵駕駛情況下的安全性，因此是主動安全的一個基本要素。
如定義說講汽車動態總體呈現出汽車駕控感覺和穩定舒適性，但很遺憾這兩個部分是熊和魚掌的關係，車輛的概念和定位決定了汽車駕控感覺和舒適性，一般他們都處於舒適的家用車和賽車之間。舉個例子來說，跑車的運動性肯定要高於轎車和小貨車的，反之他們更注重舒適性而犧牲整車的駕控感覺。即便是系列的車，他旗下的衍生品都需要對他的動態進行區分，例如寶馬M3 和寶馬3系列的客戶對車輛的駕控性和舒適性需求完全不同，儘管他們都來自同一個車系。
7.6.1.1 縱向動態性能
車輛的縱向動力學是駕駛員在直行駕駛過程中的感受。特別是在加速、減速和負載變化時，也可在恆速或上下坡時行駛。典型的客戶要求涉及到：
動力性（車輛動力和扭矩的值以及可獲取的動力和扭矩）牽引力（主要是在加速和制動）穩定性（主要是指車輛駕控方面）剎車距離（各種不同路面）車身的姿態在不同負載下關於車輛動力性能，與客戶相關的最重要特性是加速度（以0至100 km/h或0至60 mph所需的秒為單位）、額定功率（以hp或kW為單位）、最高速度（以km/h或mph為單位）和ampelstart19性能（以4秒內所涵蓋的米或碼為單位）。其他不可直接測量的要求包括超車能力，即超過另一輛車時所需的毫不費力的加速，以及運動性，例如急踩油門短響應時間或發動機高轉速。
在這種情況下，發動機和變速箱作為主要部件具有雙重客戶相關性：首先，整車性能主要取決於發動機的特性（如扭矩與發動機轉速和響應）和變速箱的特性（如傳動比和效率），這使得它們成為車輛靈活性的決定性因素；其次，發動機類型和變速箱類型都是與客戶相關的重要特性，獨立於它們在整車中的作用。許多客戶在情感上更喜歡V8發動機而不是6缸直列發動機，或者汽油發動機而不是柴油發動機，儘管這兩種發動機可能會產生類似甚至更好的車輛性能。其中有一個很好的案例是克萊斯勒的HEMI發動機，HEMI發動機或多或少通過市場手段表示他是一個特殊的發動機，擁有自己的網站甚至品牌附件，HEMI發動機裝配在克萊斯勒集團三個品牌（道奇，克萊斯勒，JEEP）上,然後裝配此款發動機的車上尾門上都有一個"HEMI Inside"的logo直接表示了消費者的品牌特徵需求。
此外，變速箱的選擇通常更多的是個人喜好，而不是最佳性能。小型經濟型汽車通常採用手動變速器作為基本配置，因為手動變速器比自動變速器便宜，效率更高。自動變速器可以作為一種選擇，但其相對較低的效率可以大大降低小型發動機的性能。雖然手動變速器允許駕駛員直接控制從發動機傳輸到車輪的動力，但自動變速器可使駕駛員免除所有聯軸節和換檔活動。因此，跑車、越野車和卡車通常配備手動變速器，而以舒適性為導向的轎車、貨車或SUV則往往配備自動變速器。不同的市場也顯示出不同的偏好：儘管絕大多數美國客戶更喜歡自動變速器（近90%），但歐洲客戶選擇了更多的手動變速箱（整個市場80%，高端市場60%）。
驅動輪和路面之間的接觸面所能傳遞的最大摩擦力限制了車輛的最大（加速時）和最小（減速）牽引力。主要由驅動輪接觸面上輪胎與路面之間的摩擦係數（COF）決定。為了優化牽引力，車輛可以配備四輪驅動。四輪驅動提高了牽引力，特別是在溼滑的地面上，因此通常越野車採用四驅，但也提高了高度動態汽車的加速、靈活性和穩定性。
客戶對制動系統的要求包括制動性能（最小制動距離）和剎車感覺（毫不費力的減速、車輛在減速過程中的穩定性、減速過程中的最小車身運動）。
穩定性是指行駛中的汽車保持直線的趨勢，即使受到不均勻路面或側風等幹擾的激勵，尤其是在同時加速或減速時。駕駛員可能會在身體上感覺到缺乏穩定性，例如在緊急停車時需要過度的校正轉向運動。
7.6.1.2 橫向動態性
橫向動態行為通常是車輛動態學中的「有趣因素」，也是最難客觀描述的部分：駕駛者通過主觀感覺（如指向性、健談性、路感性、抓地力、穩定性或安全性）感知轉向。在彎道上，運動型駕駛員渴望對車輛運動進行精確控制，以達到較高的橫向加速度。「它像在鐵軌上一樣行駛」是一個典型的表達，描述了客戶對橫向動力學的積極體驗。一般的技術描述是，駕駛員轉向從直行到最大橫向加速度（在物理限制內）的轉換必須是自發的、可預測的、易於控制和穩定的，且不受縱向激勵（加速、減速、負載變化）、和道路，天氣等引起的不利因素影響。
測量橫向動力學的車輛規格是車輛可能的最大橫向加速度。很少有客戶真正以橫向加速度駕駛運動型車輛，這是概念設計的基礎。圖7.43比較了在普通道路（藍線）上行駛300000公裡的典型客戶與在賽道（紅線）上行駛10000公裡的同一輛車的專業駕駛員的橫向載荷譜。
7.6.1.3 垂直動態性
就靈活性而言，垂直動力學是車輛的一個基本特性：通過確保在每種駕駛情況下的最佳輪胎-道路接觸，垂直動力學定義了縱向和橫向動力學的物理限制。客戶在垂直動態方面的要求主要與乘坐舒適性有關，因此在第7.4.1.1節Ride Comfort 上進行了討論。
7.6.2 零部件和系統設計
整車敏捷性設計意味著優化相互衝突的目標，如穩定性、加速/減速、牽引力和舒適性。動力系統和底盤是決定車輛敏捷性的兩個子系統。
7.6.2.1 動力傳動總成
動力總成一詞是指產生推進力並將其傳遞到路面的一組部件：發動機、變速器、驅動軸、差速器和驅動輪。汽車加速和牽引力最重要的設計槓桿是發動機、變速器和驅動輪輪胎的技術參數。
發動機-不同的發動機類型會產生不同的駕駛特性。區別車輛用往復式活塞發動機的基本參數是燃料類型和相應的燃燒過程（汽油/柴油）、氣缸布置（直列、V形、boxer）和氣缸數（3、4、6、8、10、12）。規定發動機性能和動態特性的附加標準包括排量、燃油噴射技術、進氣/充氣技術和排氣技術。在圖7.44中，比較了不同的發動機配置（汽油/柴油/小時；自然吸氣/充電）的功率和扭矩。
提高發動機性能的有效方法是增壓。增壓（發動機進氣系統中增加進入氣缸的氣體體積的壓縮機）通過皮帶驅動至凸輪軸（機械充電器）或通過發動機排氣中的渦輪（渦輪增壓器）啟動。帶所需皮帶傳動的機械充電器通常很難裝到現有的基礎發動機上。在任何情況下，增壓器都需要一個旁通閥和一個增壓空氣冷卻器作為必須的附件添加到發動機艙。圖7.45比較了機械增壓和渦輪增壓對4缸汽油機性能的影響。
由於增壓渦輪的附加旋轉質量對發動機響應有不利影響，運動型發動機使用兩個小型增壓渦輪，而不是一個大型增壓渦輪，以減少總慣性矩（雙渦輪）。
變速箱-就像發動機一樣，變速箱也必須符合整車的特點和駕駛員的個人喜好。自動變速器的常見變體包括：
手動變速器：帶離合器和落地式或立柱式換檔器半手動變速器：不帶離合器踏板的手動變速器；離合器由伺服控制的電子變速器控制系統結合或分離，例如寶馬的SMG或菲亞特的Selespeed帶變矩器的自動變速器：帶液力變矩器而非離合器的傳統自動變速器，例如ZF 5HP或6HP系列無級變速器（CVT）：無級變速的傳動比允許在幾乎所有車速下保持最有效的發動機轉速，例如DAF的variomatic或奧迪的multitronic直接換檔變速器（雙離合）：兩個組合式手動變速箱，可實現快速無動力損失換檔，例如福特的PowerShift或奧迪的s-Tronic自動變速箱遵循一種換檔策略，該策略從輸入數據（如油門、發動機轉速、車速、橫向加速度、縱向加速度、制動信號和發動機溫度）中得出最佳換檔點。
量化變速箱性能指標是換檔時間和換擋平順度，換擋時間即動力流實際中斷的時間。就運動性或性能而言，直接換檔變速器是當今最優秀的概念，換擋平順就是換擋過程中客戶感知到的衝擊和頓挫的多少甚至沒有。
四驅-與標準的兩輪驅動相比，四輪驅動系統需要來在前後軸附加的分動器來分配前後扭矩、附加的傳動軸、附加的差速器和附加的驅動軸。
在越野駕駛中，四輪驅動的目的是將可用扭矩以最佳方式傳輸到所有車輪，這通常需要鎖定軸（前/後和左/右）。在動態汽車中，四輪驅動用於最佳加速和操控，動力由電子控制系統根據路況精確分配到四個車輪之間，圖7.46為寶馬xDrive的部件，一個檢測路面變化的四輪驅動系統（例如，在冬季駕駛時）並立即重新分配動力以應對任何轉向不足或過度。
隨著四輪驅動系統在乘用車中的份額不斷增加，未來的發展重點將是靈活性和駕駛行為，而不是越野能力，油耗（特別是混動的加入），成本等方面。
7.6.2.2 底盤系統
底盤部件和子系統（車軸、彈簧減振器系統、車輪和輪胎、制動系統、轉向系統和車身）連同整車概念給出的基本參數，如輪距、軸距、重心、重量、軸荷分布、簧上/簧下質量或阻力係數，共同決定了整個整車動態性能（駕控性和乘坐舒適性）。在概念階段必須解決的主要概念衝突有：
在給定發動機幾何結構和車輛寬度的情況下最大化車輪寬度在給定發動機罩高度的情況下最大化彈簧工作區域優化振動和聲學舒適性，同時利用新的和更多複雜的發動機技術（如混合動力系統、電動發動機等）輪胎概念（例如漏氣輪胎）在重量限制的情況下優化制動性能基於成本比調教最大橫向動態範圍具體底盤開發描述還很多需要參考詳細資料，本節不在這詳述，需要資料可以微信轉發朋友圈添加我們公眾號獲取。
懸架-車輛前後軸確定輪距、軸距、前束和外傾角，並結合車輪的運動學。橡膠襯套，彈簧阻尼元件的粘彈性特性是懸架系統的關鍵參數。懸架系統的選擇還必須考慮軸上的車輪是驅動的還是未驅動的和/或轉向的還是未轉向的。懸架系統可分為左右輪運動機械耦合的獨立懸架系統和左右輪行程自主的獨立懸架系統。由於非獨立懸架通常較便宜且更剛性，因此它們用於基本車輛和重型車輛。當必須滿足乘坐舒適性和靈活性方面的更高要求時，選擇獨立系統。例如，圖7.47顯示了2009年寶馬7系中使用的鋁製4連杆整體式後懸架。
作為底盤的一部分，彈簧-減振器系統在車身中的位置最靠前，彈簧減震器系統幾何布置對於整車概念來說是至關重要的。例如前軸，彈簧減震器結構所需長度限制了發動機罩的最小高度，其直徑和傾角是決定整個車輛寬度（發動機、發動機橫梁、支柱、輪罩、車輪罩）的測量鏈的一部分。對於後軸，彈簧減震器結構的直徑和長度以及支柱之間的間隙決定了最大可用空間寬度，從而決定了實用性，特別是對於貨車。
輪胎以及輪轂-輪胎與路面接觸面的摩擦係數通常是加速和減速的決定因素。除路況外，主要參數有：
輪胎結構和材料的粘彈性特性（作為輪胎溫度和氣壓的函數）輪胎的宏觀幾何結構作為其基本幾何結構（外徑、內徑和寬度）和橫向、縱向，垂直上施加力作為磨損主要功能的表面和輪轂輪胎規格-幾何和材料一般都顯示在輪胎的外側。圖7.48顯示了美國輪胎的通用規範：
輪胎的扁平比（上圖中的65）影響轉向以及轉彎性能，對於運動型汽車，大輪輞上的寬直徑輪胎是首選，因為它們在平路上有高摩擦係數和低滾動阻力。然而，越野車通常配備有高而窄的輪胎和高胎壁，以確保在崎嶇的地形最佳摩擦。
車輪的尺寸受車輪罩的尺寸和橫向距離的限制。車輪包絡線，即在所有駕駛條件下車輪的最大幾何偏移，作為整車概念的主要輸入，已經在4.3節幾何集成裡面有講過。由於它還限制了制動盤的最大直徑，因此輪輞的尺寸也是制動系統的概念邊界條件。
汽車的簧下質量中最大的一部分來自車輪。因此，通過使用相對昂貴的輕質車輪，可以改善車輛動態性能。
制動系統-制動系統最少需要滿足三個功能，車輛動態方面必須滿足可控和可重複的減速。與轉向系統和輪胎一起，制動系統是對車輛主動安全性貢獻最大的子系統，因此必須滿足可靠性方面的最高要求。任何制動系統的有效性都受到輪胎-路面接觸片所能傳遞的最大（負）牽引力的限制[29]。行駛制動系統有效性的其他限制因素有：
執行機構力梯度最大執行機構力踏板執行機構和車輪減速之間的延遲向車輪分配製動力打滑控制當代乘用車的制動機構基本由以下零部件組成：
制動踏板（啟動雙主制動缸）制動助力器（放大操作雙主制動缸的力）雙主制動缸（在兩個壓力出口處產生液壓）制動軟管和管道（將壓力傳輸到車輪制動器）制動液（傳輸液壓壓力）車輪制動器（使車輪減速的盤式或鼓式制動器）制動壓力閥（控制前輪和後輪之間的壓力分配）電子控制系統，在各種駕駛情況下支持最佳制動（見下文）
所需的放大倍數越高，所需的制動助力器直徑越大，這使得它成為與發動機機艙布置相衝突。尤其是，冷卻前制動器所需的風道對於前端組件和設計至關重要。制動軟管的彈性是決定系統響應時間的主要因素。制動盤的最大尺寸受車輪尺寸的限制。車輪制動器的所有零件（制動盤和制動卡鉗或制動鼓和制動蹄）都會增加簧下質量，因此與垂直動力學有關。
連同接下來要討論的線控底盤，線控制動是一個對整車布置極為有利的概念不但沒有了制動主缸和制動助力的布置限制，同時線控制動還能消除傳統液壓制動系統的液壓損耗。線控制動的一個潛在解決方案是楔塊制動器，楔塊式制動片的自卷邊效應由電子控制。然而，這兩個概念的關鍵方面是電子控制系統的可靠性，在故障情況下，線控制動可能導致由制動故障或車輪立即卡死引起的致命風險。
轉向系統-如今絕大多數乘用車都使用動力輔助齒條和齒輪轉向系統，在轉向盤轉動轉向柱時，小齒輪會將齒條（與小齒輪嚙合的線性齒輪）從一側移動到另一側。齒條與通過轉向臂移動轉向輪的橫拉杆相連。轉向柱中包括一個扭力杆，用於測量施加在方向盤上的扭矩，並操作液壓閥（液壓動力轉向）或電子控制單元（電子動力轉向），觸發連接到轉向齒條或轉向柱的液壓或電動執行器（見圖7.50）。
固定傳動比的傳統齒輪齒條式轉向系統必須兼顧在彎道上以中速行駛（或尤其是在停車時）時非常靈敏的轉向和在較高速度下提供汽車方向穩定性的響應較弱的轉向。消除這些競爭要求的轉向概念是寶馬的AFS，在AFS中，集成在轉向柱中的行星齒輪無級改變傳動比，從而在低速時增加轉向角或在高速時減少轉向角。方向盤和車輪之間仍保持永久性的機械連接。
未來的一個概念是線控轉向，即轉向力僅由電動執行器產生，而方向盤和轉向輪之間沒有任何機械連接，這將使車輛在調節轉向性能方面具有更大的靈活性。反饋執行器模擬駕駛員真實的轉向感覺。除了允許轉向功能（如持續適應駕駛條件的轉向比或自動駐車輔助）外，取消了轉向管柱之外還有以下好處：
完全獨立的發動機艙不管你是左舵還是右舵改善碰撞性能簡化總裝流程和線控制動一樣，線控轉向，安全是一個主要考慮的問題，由於缺少控制和執行之間的物理連接，這需要對系統可靠性提出極高的要求，這基本上是通過系統冗餘設計來實現。
底盤電子控制系統-由於傳統的被動敏捷性設計已接近極限，主動電子控制系統成為當今研究和發展的熱點。電子底盤控制系統可分為車輪限滑控制和偏航力矩控制（GMR）
輪胎打滑是指輪胎和地面之間的相對運動，這會降低接觸面上的附著係數COF，從而降低可能的牽引力。電子車輪打滑控制系統不斷計算每個車輪的打滑量，即該車輪的轉速與所有車輪的平均轉速之差。廣泛使用的車輪打滑控制系統包括：
防抱死制動系統（ABS），通過在車輪打滑超過一定限度時迅速減小制動力，在減速過程中保持車輛的操縱性和穩定性。制動力分配系統，以優化車輛制動性能的方式將可用制動力分配給四個車輪。電子制動力分配（EBD）系統在前軸和後軸之間分配製動力；轉彎制動控制（CBC）系統在右側和左側之間分配製動力。牽引力控制系統（TCS）在加速過程中保持最大可能的牽引力，當車輪打滑達到一定極限時，減小傳遞給驅動輪的扭矩。可以通過降低發動機輸出或制動適當的車輪來實現扭矩降低。橫擺力矩控制-通過分別制動內側後輪或外側前輪來抵消可能的轉向不足或轉向過度，從而提高車輛的橫向穩定性，只要連續測量橫向加速度、橫擺率和轉向角就可以推算出車輛是否存在潛在的危險動態。
可調減震器-系統使用具有可調粘彈性特性的減震器，以優化車輛的垂直動力學，包括操縱性和乘坐舒適性，以及駕駛風格和道路條件。
電子穩定控制（ESC）-系統集成了車輪打滑控制、橫擺力矩控制和減振器控制系統，以全面優化車輛的穩定性，並在所有動態駕駛條件下保持控制。電子穩定控制系統可識別出現的關鍵駕駛情況（例如打滑、滾動或車輪抱死），並通過對發動機、制動器和減振器進行有針對性的幹預做出反應。
制動輔助（BA）-系統能夠識別駕駛員需要的緊急制動，立刻增加制動壓力從而幫助駕駛員實現快速制動。
在以上所有系統中，傳感器（例如，車輪轉速、偏航、橫向和旋轉加速度等）檢測車輛的實際狀態，帶有適當軟體的電子控制單元識別出有問題的情況，並確定隨後由執行器執行的反作用措施。集成底盤控制概念優化了整車特性，而不是單個功能，充分利用了所有可用的傳感器和執行器（見圖7.52）。
底盤控制系統必須滿足最高安全要求。E/E系統允許立即響應和最高可靠性的方法在第5.2節中討論了。
車身-在當代的乘用車中，單殼承載式車身已經取代了非承載式車身中的梯形車架作為懸架、轉向和制動部件的安裝面。車身類型和幾何結構決定了其縱向和扭轉剛度，這些是車輛動態性能的主要參數。它們確定了前軸和後軸之間連接的剛性。圖7.53以寶馬3系的衍生車型為例，比較了不同車身的縱向和扭轉剛度。
y-z中的膨脹元件（如擋風玻璃、後窗玻璃、儀錶板橫梁）有助於提高扭轉剛度，可通過發動機艙中的支柱支撐、駕駛室中的y-z加強件（如b柱和地板之間的三角形加強件）或貨車和SUV中的自鎖尾門來增加扭轉剛度。作為一個例子，圖7.54顯示了寶馬3系轎跑車車身的剛度增強。
7.6.3 系統集成以及驗證
7.6.3.1 動力性
發動機性能特性的評估從早期計算機模擬開始，例如燃燒過程或進氣和排氣系統的熱力學行為。從軟體在環SIL測試和硬體在環HIL測試（見5.2.5.3）然後進行物理部件試驗，直到整個發動機或整個動力系統在試驗臺上進行試驗（見圖7.55）。在HIL測試中，物理上不存在的硬體（如輪胎、車輛、道路或駕駛員）被實時模擬包含在測試中。
完整的車輛驗證從第一個樣車開始，首先在滾筒測功機上進行，然後在封閉的試驗場上進行，最後在公共道路上進行（見圖7.56）。
在傳統的發動機試驗臺架上，通過制動系統施加恆定的反扭矩來觀察特定工作點的發動機靜態特性。動態發動機試驗臺使用電動負載機模擬實際的行駛循環，扭矩或發動機轉速變化很快。然而，最新的發展是高動態發動機試驗臺，它真實地實時模擬整車的動態特性（例如，疊加在曲軸旋轉上的旋轉振動），因此，以前需要樣車試驗的試驗結果現在只在硬體上提供發動機。高動態測試間隔大大減少了總體測試工作，並加快了產品的早期成熟。比較實際道路試驗和高動態臺架試驗提取出的發動機數據的比較顯示了模擬的準確性（見圖7.57）。
7.6.3.2 駕控性能
在汽車項目開始時，底盤概念由預先開發的構建塊組成，並通過仿真進行評估。整車由彈性元件（具有規定的彈簧速率和阻尼特性）增強建模為多體系統（MBS），以評估懸架和轉向的彈性運動特性（見圖3.5）。
如今，整車動力學的概念模擬主要用於評估標準化開環駕駛操作（如恆速循環駕駛、步進轉向或正弦輸入轉向）期間的車輛操縱性，儘可能消除駕駛員個人習慣對車輛反應的影響。
雖然離線模擬能夠複製部件的機械行為，但對人類對車輛動態的總體感知是高度主觀的，需要有經驗的測試駕駛員作為傳感器。駕駛可以提供真實的駕駛體驗的模擬器，來評估車輛的靈活性，該車輛的傳動系統和懸架實際上只存在：一個車身配備了真實的駕駛環境（座椅、踏板，方向盤等）安裝在液壓六角平臺上，因此可以在所有自由度下加速（圖7.58右）。由於視覺反饋對於體驗動態是必不可少的，因此車輛的環境被投射到模擬器駕駛室前面的屏幕上（圖7.58左）。
在一定程度上，駕駛模擬器的高速控制系統允許駕駛員實時模擬駕駛動作，體驗操控性和舒適性。超過六足平臺運動學和動力學能力的極限機動會無法實時模擬，但可以根據給定的輸入數據進行預先計算，然後由駕駛模擬器進行回放。駕駛模擬器的一大優點是，與真實的車輛測試相比，他可以在不同的概念之間快速切換以直接進行比較，而無需在兩個標定調教之間停車和切換測試車輛。
在真實道路上評價汽車的敏捷性時，兩個不同的指標是最重要的：駕駛員感知的車輛特性的主觀評價和客觀動態數據的測量與分析。圖7.59顯示了裝有相應測量設備的試驗車。
本節完
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