多配載工況下新能源汽車側傾穩(wěn)定性分析

摘 要：隨著全球氣候變暖日益嚴重，低碳化發(fā)展已成為全球經(jīng)濟環(huán)境下的競爭戰(zhàn)略，世界各國政府積極開展節(jié)能減排行動，運用政策手段推進低碳化發(fā)展。在眾多政策加持下，新能源汽車得以在全球范圍內(nèi)推廣，并迅速發(fā)展。本文深入探討了新能源汽車的電池布置、電機布置和多種配載狀態(tài)下對車輛質(zhì)心位置和側傾穩(wěn)定性的影響，從而提升多配載工況下新能源汽車側傾穩(wěn)定，為新能源汽車的設計、制造及安全性能提升提供理論支撐和實用參考。

關鍵詞：多配置 新能源汽車 側傾穩(wěn)定性

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對汽車的功能需求越來越趨于多樣化和多元化。除了作為日常代步行駛之外，人們對汽車舒適性和平穩(wěn)性的要求也越來越高。然而，側傾穩(wěn)定性關乎行車安全、乘客舒適度及車輛操控性能的關鍵要素，成為新能源汽車發(fā)展中不可忽視的一環(huán)。深入剖析新能源汽車在多配載工況下的側傾穩(wěn)定性，不僅是對車輛靜態(tài)性能的一次全面審視，更是對汽車工業(yè)未來發(fā)展方向的精準把握。此外，這一研究還具有深遠的實用價值，它不僅有助于汽車制造商在產(chǎn)品開發(fā)階段就融入側傾穩(wěn)定性優(yōu)化理念，還能為駕駛者提供更為安全、舒適的駕駛體驗。

1 多配載工況下的側傾穩(wěn)定性分析

1.1 電機不同布置方式

依據(jù)GB/T 14172-2021標準《汽車、掛車及汽車列車靜側傾穩(wěn)定性臺架試驗方法》，本研究深入探索了靜態(tài)條件下，不同電機布置對新能源汽車在多配載工況下側傾穩(wěn)定性的影響。通過選取配置相似但電機布置各異的車輛作為試驗對象，并嚴格控制其他變量，我們旨在揭示電機布置對側傾穩(wěn)定性的關鍵作用。試驗中，我們采用高精度傳感器實時監(jiān)測側傾過程中的關鍵參數(shù)，包括側傾角度、質(zhì)心偏移及懸掛負載分布等，通過模擬滿載、半載及不均勻載重等多種工況，全面評估了不同電機布置下的側傾穩(wěn)定性表現(xiàn)。結果顯示，電機布置位置顯著影響車輛的質(zhì)心高度與懸掛負載分布。低位置電機布置有效降低了質(zhì)心，增強了側傾穩(wěn)定性，同時優(yōu)化了重量分布，減少了側傾力矩。而配載工況的變化，如滿載增加懸掛壓力，不均勻載重導致質(zhì)心偏移，均對側傾穩(wěn)定性構成挑戰(zhàn)。針對側傾穩(wěn)定性欠佳的布置方式，我們提出調(diào)整懸掛參數(shù)、增設防側傾裝置及優(yōu)化電機布局等建議。在車輛設計與生產(chǎn)中，應充分考慮不同配載下的側傾穩(wěn)定性需求，確保車輛在各種負載條件下均能穩(wěn)定行駛。

1.2 電池不同布置方式

依據(jù)GB/T 14172-2021標準，本研究聚焦于新能源汽車在靜態(tài)多配載工況下的側傾穩(wěn)定性，通過對比不同電池布置方式的樣車表現(xiàn)，得出了重要結論。我們精心選取了多輛除電池布置外配置相近的車輛，確保評估的精確性。研究涵蓋了底盤中部、底部、后部等多種電池布置方案，全面分析了它們對側傾穩(wěn)定性的影響。在模擬實際使用中的滿載、半載及不均勻載重工況下，我們采用高精度設備實時監(jiān)測側傾過程中的關鍵參數(shù)。結果表明，電池布置位置顯著影響質(zhì)心高度和懸掛系統(tǒng)負載分布，進而影響側傾穩(wěn)定性。低位置布置的電池有助于降低質(zhì)心，增強穩(wěn)定性，而合理的電池布局則能優(yōu)化懸掛負載，減少側傾時的負擔。隨著配載工況的變化，車輛的側傾穩(wěn)定性表現(xiàn)各異[1]。滿載時，懸掛系統(tǒng)壓力增大，穩(wěn)定性可能下降；不均勻載重則導致質(zhì)心偏移，增加側傾力矩。針對這些問題，我們提出了調(diào)整懸掛參數(shù)、增設防側傾裝置及優(yōu)化電池布局等改進建議。

2 影響新能源汽車側傾穩(wěn)定的因素

2.1 電池側置與后置

在深入剖析新能源汽車側傾穩(wěn)定性的靜態(tài)因素時，電池側置與后置的布局策略顯著地影響了車輛的側傾表現(xiàn)。針對此，我們精心設計了靜態(tài)側傾穩(wěn)定性試驗，選用兩輛同型號但電池布局不同的純電動汽車作為對比樣本，確保除電池位置外，其余配置完全一致。試驗中，兩車被分別置于先進的側傾試驗臺上，采用高精度傳感器，部署于質(zhì)心、懸掛系統(tǒng)等關鍵位置，通過模擬不同側傾角度來評估其穩(wěn)定性，以捕捉并記錄側傾過程中的質(zhì)心偏移、懸掛負載變化等核心數(shù)據(jù)。分析結果顯示，電池側置設計使車輛質(zhì)心更偏向一側，側傾時產(chǎn)生的力矩增大，導致側傾穩(wěn)定性減弱。相比之下，電池后置布局有效降低了車輛質(zhì)心高度，減少了側傾力矩，顯著提升了側傾穩(wěn)定性。此外，電池側置還可能導致懸掛系統(tǒng)負載分配不均，增加側翻風險；而電池后置則優(yōu)化了負載分布，提高了各輪胎的附著力，進一步增強了車輛的側傾抗性。

2.2 單側與雙側放置

在探討新能源汽車側傾穩(wěn)定性時，電池組的單側與雙側放置布局成為關鍵靜態(tài)因素。為精確評估其影響，我們選用兩輛同型號但電池布局不同的車輛，分別采用單側與雙側對稱放置方式，并確保其他配置完全一致。試驗中，兩車置于先進的側傾試驗臺上，通過高精度傳感器實時監(jiān)測側傾過程中的質(zhì)心偏移、懸掛負載變化等參數(shù)。在尚未發(fā)生側傾的初始狀態(tài)下，我們標定了質(zhì)心的初始位置以及懸掛負載的狀態(tài)，以此作為后續(xù)分析的基準點。隨后，我們系統(tǒng)地、逐步地增加側傾角度，直至達到標準測試值，這一過程旨在全面且細致地考察在不同側傾程度下，系統(tǒng)（如車輛、機械設備等）的穩(wěn)定性變化[2]。分析結果顯示，單側放置電池的車輛在側傾時質(zhì)心顯著偏移，產(chǎn)生更大側傾力矩，降低了穩(wěn)定性；而雙側對稱放置則使質(zhì)心居中，力矩分布更均衡，穩(wěn)定性更佳。此外，單側放置還導致懸掛負載不均，增加側翻風險；而雙側對稱放置則優(yōu)化了負載分配，提升了附著力，增強了側傾抗性。總之，電池雙側對稱放置顯著提升了新能源汽車的側傾穩(wěn)定性。

2.3 電動機布置

在探討新能源汽車側傾穩(wěn)定性時，電動機布置方式成為關鍵靜態(tài)考量因素。我們選取了兩款同型號但電動機布局不同的車輛：一款前置電動機，一款中后置電動機，通過側傾試驗臺，模擬了車輛在不同側傾角度下的表現(xiàn)，實時捕捉了質(zhì)心偏移、懸掛負載等關鍵數(shù)據(jù)。試驗前，記錄了未側傾時的質(zhì)心與懸掛初始狀態(tài)作為基準。隨后，逐步增加側傾角度至標準測試值，期間保持車速與加速度恒定，模擬真實駕駛環(huán)境。分析顯示，前置電動機車輛因質(zhì)心靠前，側傾時前部力矩增大，穩(wěn)定性降低；而中后置電動機車輛質(zhì)心居中或靠后，力矩分布均衡，穩(wěn)定性更佳。此外，前置電動機還加劇了前部懸掛負載不均，增加了側翻風險；而中后置電動機則均衡了負載，提高了附著力與側傾抗性。同時，對于已采用前置電動機布局的車輛，可通過調(diào)整懸掛參數(shù)或加強車身結構來改進其穩(wěn)定性。因此，后置電動機布局顯著提升了新能源汽車的側傾穩(wěn)定性。

3 提升多配載工況下新能源汽車側傾穩(wěn)定性的方法

3.1 優(yōu)化質(zhì)心位置

3.1.1 合理設計車輛結構

在提升多配載工況下新能源汽車側傾穩(wěn)定性的策略中，合理設計車輛結構，通過精心挑選多輛結構各異的試驗車輛，并控制其電動機、電池及懸掛系統(tǒng)的一致性，我們專注于車身結構、底盤布局及質(zhì)心調(diào)整對側傾穩(wěn)定性的影響。試驗前，車輛經(jīng)過嚴格校準，確保各系統(tǒng)最佳狀態(tài)。模擬真實使用場景，設計了包括滿載、半載及不均勻載重在內(nèi)的多種配載工況。采用高精度傳感器，實時捕捉側傾過程中的關鍵參數(shù)，如側傾角度、質(zhì)心偏移及懸掛負載分布。在無側傾基準測試中，記錄初始狀態(tài)參數(shù)作為對照。隨后，利用側傾試驗臺模擬行駛中的側傾，逐步增加角度并記錄穩(wěn)定數(shù)據(jù)[3]。重點分析車輛結構設計如何影響質(zhì)心偏移、懸掛負載分布及側傾力矩，發(fā)現(xiàn)合理的車身結構與質(zhì)心調(diào)整顯著減少了側傾時的質(zhì)心偏移，降低了側傾力矩，提升了穩(wěn)定性。此外，懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化同樣關鍵，采用先進懸掛技術或優(yōu)化參數(shù)能更有效地分散負載，提升懸掛響應與穩(wěn)定性。

3.1.2 調(diào)整車輛布局

在提升新能源汽車多配載工況下的側傾穩(wěn)定性研究中，調(diào)整車輛布局被證實為一項關鍵策略。在試驗中，我們聚焦于電動機、電池組及關鍵部件的布局調(diào)整，通過選取配置相近而布局各具特色的試驗車輛，深入探究這些布局變化對新能源汽車側傾穩(wěn)定性的直接影響。試驗過程中除布局外，所有車輛在其他關鍵配置上保持一致，從而能夠準確剝離出布局因素的作用，確保側傾穩(wěn)定性。每輛車在試驗前均經(jīng)過嚴格校準，確保數(shù)據(jù)準確性。同時，利用高精度傳感器實時記錄側傾過程中的關鍵參數(shù)，如側傾角度、質(zhì)心偏移及懸掛負載分布，從而獲取車輛的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。隨后，通過側傾試驗臺模擬實際側傾情況，逐步增加側傾角度并記錄穩(wěn)定數(shù)據(jù)。分析結果顯示，后置電動機與中后置電池組布局顯著提升了側傾穩(wěn)定性，通過均衡前后力矩分布降低了側傾力矩。此外，降低質(zhì)心高度或后移質(zhì)心位置也有效減少了側傾時的質(zhì)心偏移，進一步增強了穩(wěn)定性。

3.2 優(yōu)化電池

3.2.1 電池組布局優(yōu)化

在探索提升多配載工況下新能源汽車側傾穩(wěn)定性的途徑中，電池組布局優(yōu)化被證明是關鍵一環(huán)。在試驗中，我們精心挑選了多輛配置高度相似但電池組布局各具特色的新能源汽車作為研究對象。這些車輛在其他關鍵配置上保持一致，如電動機型號、懸掛系統(tǒng)、輪胎規(guī)格等，我們能夠?qū)Ｗ⒂陔姵亟M布局這一單一變量，精準地評估其對新能源汽車側傾穩(wěn)定性的具體影響。實驗過程中，我們采用了先進的測試設備和數(shù)據(jù)分析方法，以捕捉不同電池布局下車輛在側傾測試中的細微差異，并對其進行對比分析。同時，我們根據(jù)車輛滿載、半載及不均勻載重等多種配載工況，以全面模擬實際使用情況。安裝高精度傳感器記錄側傾過程中的關鍵參數(shù)，如側傾角度、質(zhì)心偏移及懸掛負載分布。在無側傾基準測試中，我們獲取了車輛的初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。隨后，利用側傾試驗臺模擬實際側傾場景，逐步增加側傾角度并記錄數(shù)據(jù)[4]。分析顯示，低位放置與后移電池組顯著降低質(zhì)心高度，優(yōu)化力矩分布，減少側傾偏移，提升穩(wěn)定性；分散布局則進一步平衡質(zhì)量，增強側傾時的穩(wěn)定性。

3.2.2 電池組重量管理

在提升多配載工況下新能源汽車側傾穩(wěn)定性的探索中，電池組重量管理策略凸顯其重要性。我們選取多輛配置相似但電池組重量管理策略各異的車輛，通過試驗驗證，確保其他主要配置一致，聚焦于電池組重量對側傾穩(wěn)定性的影響。試驗中，通過引入新型輕質(zhì)材料來減輕電池組的整體重量，降低了車輛的總質(zhì)量，不僅提升了車輛的效能，更在側傾穩(wěn)定性方面發(fā)揮了關鍵作用。在側傾發(fā)生時，較輕的電池組減少了慣性力的作用，使得車輛更容易保持平衡，減少了側傾幅度和速度，從而提高了行駛安全性。在側傾測試中，模塊化配置使得我們能夠根據(jù)側傾方向動態(tài)調(diào)整電池模塊的位置，以最小化質(zhì)心偏移。此外，我們還運用了智能重量分配策略，通過軟件算法對電池模塊的重量分布進行調(diào)控。在側傾試驗中，智能重量分配策略顯著減少了質(zhì)心偏移，使得車輛在側傾時能夠更快地恢復穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 優(yōu)化電動機控制策略

3.3.1 能量回收與再利用

在新能源汽車領域，我們深入探索了制動過程中能量回收與再利用機制對車輛側傾穩(wěn)定性的間接影響。實驗聚焦于優(yōu)化電動機的能量回收策略，旨在驗證其能否在高效回收制動能量，進而提升側傾穩(wěn)定性。實驗通過對比不同制動強度和減速速度下的測試結果，我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的能量回收策略顯著提高了能量回收效率，并有效降低了制動過程中產(chǎn)生的負向扭矩。這一變化不僅增強了車輛在制動時的直線行駛穩(wěn)定性，還間接改善了側傾穩(wěn)定性，使得車輛在應對復雜路況時更加平穩(wěn)、可控[5]。實驗結果表明，優(yōu)化電動機的能量回收策略是實現(xiàn)新能源汽車節(jié)能與提升穩(wěn)定性的雙贏之舉。它不僅有助于提升能源利用效率，減少能源浪費，還通過減輕制動負向扭矩沖擊，增強了車輛的動態(tài)響應能力和側傾穩(wěn)定性。

3.3.2 電機驅(qū)動模式切換

在多配載工況的復雜環(huán)境中，我們通過一系列的實驗，深入驗證了電機驅(qū)動模式智能切換策略對新能源汽車側傾穩(wěn)定性的顯著提升作用。這些實驗不僅模擬了實際行駛中可能遇到的各種負載與風況變化，還通過實時監(jiān)測與動態(tài)調(diào)整，展現(xiàn)了智能技術在提升車輛穩(wěn)定性方面的獨特優(yōu)勢。實驗中，我們觀察到，在負載增加或側風增強的條件下，傳統(tǒng)固定的電機驅(qū)動模式往往難以兼顧動力輸出與穩(wěn)定性需求。而采用智能切換策略后，車輛能夠根據(jù)當前工況實時調(diào)整至最合適的驅(qū)動模式，如在需要時自動切換至穩(wěn)定模式，有效抑制了側傾趨勢，確保了行駛的安全與平穩(wěn)。數(shù)據(jù)對比分析顯示，智能切換策略在各類多配載工況下均表現(xiàn)出了顯著的側傾穩(wěn)定性提升效果。特別是在極端條件下，如重載與強側風并存時，該策略的優(yōu)勢更為突出，車輛的側傾角度得到了有效控制，且恢復穩(wěn)定的速度也大幅提高，為新能源汽車在復雜多變工況下的穩(wěn)定行駛提供了新的解決方案。

4 結語

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對汽車的功能需求越來越趨于多樣化和多元化。新能源汽車在多配載工況下的側傾穩(wěn)定性，作為汽車工業(yè)領域的一項復雜而關鍵的課題，正日益受到廣泛關注。我們明確了車輛在不同載重下與側傾穩(wěn)定性之間的內(nèi)在聯(lián)系，為后續(xù)的優(yōu)化工作奠定了堅實基礎。針對這些挑戰(zhàn)提出了一系列優(yōu)化策略，全面提升新能源汽車的側傾穩(wěn)定性。這些策略不僅能夠有效應對多變工況下的挑戰(zhàn)，還兼顧了車輛的經(jīng)濟性、環(huán)保性與乘客的舒適性，展現(xiàn)了新能源汽車技術的無限潛力。

參考文獻：

[1]GB/T 14172-2021，汽車、掛車及汽車列車靜側傾穩(wěn)定性臺架試驗方法[S].

[2]李宏偉，李劍斌，王錄雁，等.車輛裝備質(zhì)心位置測量系統(tǒng)研究[J].機械設計，2021，38（07）：96-99.

[3]杜軍瓊，李軍.車輛穩(wěn)定性技術的研究[J].汽車工程師，2021（08）：26-29.

[4]劉平義，李曉婷，高偌霖，等.車輛側傾驅(qū)動機構設計與試驗[J].吉林大學學報（工學版），2023（8）：2185-2192.

[5]姚強強，田穎，王圣淵，等.基于力驅(qū)動的智能汽車路徑跟蹤控制策略[J].華南理工大學學報：自然科學版，2022，50（2）：33-41.