某電動(dòng)汽車(chē)扭力梁運(yùn)動(dòng)學(xué)性能仿真分析

湯國(guó)龍

1 前言

扭力梁式半獨(dú)立懸架作為中小型轎車(chē)的后懸架已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)多年的共識(shí)。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(jiǎn)單，質(zhì)量較輕，便于拆裝。電動(dòng)轎車(chē)由于車(chē)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(zhǎng)續(xù)航對(duì)扭力梁的縱臂長(zhǎng)度有嚴(yán)格限制。下文主要從整車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能等方面分析扭力梁縮短縱臂長(zhǎng)度的可行性。既要滿足整車(chē)對(duì)續(xù)航里程的要求，同時(shí)滿足底盤(pán)系統(tǒng)各性能目標(biāo)。

為了有效分析縱臂長(zhǎng)度縮短對(duì)整車(chē)性能的影響，本文從三個(gè)方案著手對(duì)不同縱臂長(zhǎng)度的扭力梁進(jìn)行整車(chē)運(yùn)動(dòng)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(guó)標(biāo)型號(hào)，以盡可能消除環(huán)境因素對(duì)分析的準(zhǔn)確性的影響。

圖1 某電動(dòng)汽車(chē)扭力梁示意圖

表1 原型車(chē)及兩個(gè)縱臂長(zhǎng)度方案

2 運(yùn)用Carsim進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)性能分析

Carsim軟件是專(zhuān)門(mén)針對(duì)車(chē)輛動(dòng)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(guò)程中需要車(chē)輛各個(gè)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(chē)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(yàn)、蛇行試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)，所引用的標(biāo)準(zhǔn)為《汽車(chē)操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)規(guī)范》（Q/HMA 6171-2017）。

2.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)

經(jīng)仿真分析輸出表2可知，由于質(zhì)心降低，車(chē)身側(cè)傾度降低，在轉(zhuǎn)向時(shí)側(cè)傾角減小。方案1和方案2車(chē)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(shí)不足轉(zhuǎn)向度降低。

表2 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)仿真結(jié)果

2.2 蛇行試驗(yàn)

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(chē)速的變化情況基本一致。由于質(zhì)心高度變化，車(chē)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(chē)不足轉(zhuǎn)向度＞方案2＞方案1，通過(guò)同樣軌跡曲線時(shí)需要的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角原型車(chē)＞方案2＞電動(dòng)車(chē)方案1。

表3 蛇形試驗(yàn)仿真結(jié)果

2.3 轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)

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

圖3 高速回正左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角時(shí)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(duì)于原型車(chē)回正時(shí)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(chē)相差不大；車(chē)身側(cè)傾角超調(diào)量減小，方向盤(pán)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(chē)身側(cè)傾角、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角衰減率減小。方案2回正速度和原型車(chē)相差不大，且車(chē)身側(cè)傾角、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、側(cè)向加速度超調(diào)量減小；車(chē)身側(cè)傾角衰減率減小，橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角衰減率增大。方案1橫擺角速度自然頻率與原型車(chē)一致，方案2橫擺角速度自然頻率大于原型車(chē)。

3 結(jié)論

本文以某款純電動(dòng)轎車(chē)后扭力梁為例，根據(jù)整車(chē)?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(chē)開(kāi)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(yàn)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(shí)不足轉(zhuǎn)向度和原型車(chē)相差不大，0.5g側(cè)向加速度時(shí)不足轉(zhuǎn)向度降低。

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

（3）轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角階躍試驗(yàn)中，方案1橫擺角速度、側(cè)向加速度、車(chē)身側(cè)傾角響應(yīng)時(shí)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(chē)身側(cè)傾角超調(diào)量增大。方案2響應(yīng)速度和原型車(chē)大致相同；橫擺角速度、側(cè)向加速度、車(chē)身側(cè)傾角超調(diào)量減小。

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

[2]余志生.汽車(chē)?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）.