某電動汽車扭力梁運(yùn)動學(xué)性能仿真分析

湯國龍

1 前言

扭力梁式半獨(dú)立懸架作為中小型轎車的后懸架已經(jīng)成為汽車行業(yè)多年的共識。其兼具剛性軸式非獨(dú)立懸架與拖曳臂式獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較輕，便于拆裝。電動轎車由于車身地板下要布置電池箱，要求懸架占用空間不能較大，為追求長續(xù)航對扭力梁的縱臂長度有嚴(yán)格限制。下文主要從整車的運(yùn)動學(xué)性能等方面分析扭力梁縮短縱臂長度的可行性。既要滿足整車對續(xù)航里程的要求，同時滿足底盤系統(tǒng)各性能目標(biāo)。

為了有效分析縱臂長度縮短對整車性能的影響，本文從三個方案著手對不同縱臂長度的扭力梁進(jìn)行整車運(yùn)動學(xué)性能分析。三種方案在分析中采用相同的輪距和軸距參數(shù)，其中輪胎模型均采用205/60R16的國標(biāo)型號，以盡可能消除環(huán)境因素對分析的準(zhǔn)確性的影響。

圖1 某電動汽車扭力梁示意圖

表1 原型車及兩個縱臂長度方案

2 運(yùn)用Carsim進(jìn)行運(yùn)動學(xué)性能分析

Carsim軟件是專門針對車輛動力學(xué)的仿真軟件，是一款基于系統(tǒng)的建模軟件，在建模過程中需要車輛各個子系統(tǒng)的性能參數(shù)作為輸入。

本次分析根據(jù)海馬汽車操穩(wěn)企標(biāo)進(jìn)行分析，主要進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、蛇行試驗、轉(zhuǎn)向回正試驗、方向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗，所引用的標(biāo)準(zhǔn)為《汽車操縱穩(wěn)定性客觀試驗規(guī)范》（Q/HMA 6171-2017）。

2.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗

經(jīng)仿真分析輸出表2可知，由于質(zhì)心降低，車身側(cè)傾度降低，在轉(zhuǎn)向時側(cè)傾角減小。方案1和方案2車身側(cè)傾度相差不大。方案1不足轉(zhuǎn)向度降低；方案2的0.5g側(cè)向加速度時不足轉(zhuǎn)向度降低。

表2 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗仿真結(jié)果

2.2 蛇行試驗

經(jīng)仿真分析輸出表3可知，在相同的軌跡控制下，方案1和方案2側(cè)向加速度、橫擺角速度隨車速的變化情況基本一致。由于質(zhì)心高度變化，車身側(cè)傾角大幅減小。根據(jù)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)分析結(jié)果，原型車不足轉(zhuǎn)向度＞方案2＞方案1，通過同樣軌跡曲線時需要的方向盤轉(zhuǎn)角原型車＞方案2＞電動車方案1。

表3 蛇形試驗仿真結(jié)果

2.3 轉(zhuǎn)向回正性能試驗

圖2 低速回正左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時間歷程曲線

圖3 高速回正左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角時間歷程曲線

從以上回正性能分析結(jié)果可以看出，低速回正方面，方案1、2相對于原型車回正時間減小，殘留橫擺角速度變小，回正性能變好。高速回正方面，方案1回正速度和原型車相差不大；車身側(cè)傾角超調(diào)量減小，方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、側(cè)向加速度超調(diào)量增大；橫擺角速度、側(cè)向加速度衰減率增大，車身側(cè)傾角、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角衰減率減小。方案2回正速度和原型車相差不大，且車身側(cè)傾角、方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、側(cè)向加速度超調(diào)量減?。卉嚿韨?cè)傾角衰減率減小，橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角衰減率增大。方案1橫擺角速度自然頻率與原型車一致，方案2橫擺角速度自然頻率大于原型車。

3 結(jié)論

本文以某款純電動轎車后扭力梁為例，根據(jù)整車?yán)m(xù)航里程的不同需求，結(jié)合扭力梁的結(jié)構(gòu)形式和性能，運(yùn)用Carsim軟件進(jìn)行性能仿真分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能的匹配與選擇，以滿足整車開發(fā)的需求，根據(jù)分析結(jié)果，形成如下結(jié)論：

（1）穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中，方案1不足轉(zhuǎn)向度降低。方案2的0.2g側(cè)向加速度時不足轉(zhuǎn)向度和原型車相差不大，0.5g側(cè)向加速度時不足轉(zhuǎn)向度降低。

（2）由于不足轉(zhuǎn)向度的變化，通過蛇行標(biāo)樁區(qū)需要的方向盤轉(zhuǎn)角原型車＞方案2＞方案1。方案1橫擺角速度自然頻率與原型車一致，方案2橫擺角速度自然頻率大于原型車。

（3）轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍試驗中，方案1橫擺角速度、側(cè)向加速度、車身側(cè)傾角響應(yīng)時間增加，響應(yīng)速度變慢；橫擺角速度、側(cè)向加速度超調(diào)量減小、車身側(cè)傾角超調(diào)量增大。方案2響應(yīng)速度和原型車大致相同；橫擺角速度、側(cè)向加速度、車身側(cè)傾角超調(diào)量減小。

[1]《汽車操縱穩(wěn)定性客觀試驗規(guī)范》（Q/HMA6171-2017）.

[2]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）.機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]晏娟，劉仁鑫，侯軍鋒，朱金和.扭力梁式后懸架強(qiáng)度分析[J].制造業(yè)信息化，2014（6）.