某電動汽車扭力梁運動學性能仿真分析

湯國龍

1 前言

扭力梁式半獨立懸架作為中小型轎車的后懸架已經成為汽車行業多年的共識。其兼具剛性軸式非獨立懸架與拖曳臂式獨立懸架的優點，且結構簡單，質量較輕，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，為追求長續航對扭力梁的縱臂長度有嚴格限制。下文主要從整車的運動學性能等方面分析扭力梁縮短縱臂長度的可行性。既要滿足整車對續航里程的要求，同時滿足底盤系統各性能目標。

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行整車運動學性能分析。三種方案在分析中采用相同的輪距和軸距參數，其中輪胎模型均采用205/60R16的國標型號，以盡可能消除環境因素對分析的準確性的影響。

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 運用Carsim進行運動學性能分析

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

本次分析根據海馬汽車操穩企標進行分析，主要進行穩態回轉試驗、蛇行試驗、轉向回正試驗、方向盤轉角階躍輸入試驗，所引用的標準為《汽車操縱穩定性客觀試驗規范》（Q/HMA 6171-2017）。

2.1 穩態回轉試驗

經仿真分析輸出表2可知，由于質心降低，車身側傾度降低，在轉向時側傾角減小。方案1和方案2車身側傾度相差不大。方案1不足轉向度降低；方案2的0.5g側向加速度時不足轉向度降低。

表2 穩態回轉試驗仿真結果

2.2 蛇行試驗

經仿真分析輸出表3可知，在相同的軌跡控制下，方案1和方案2側向加速度、橫擺角速度隨車速的變化情況基本一致。由于質心高度變化，車身側傾角大幅減小。根據穩態回轉分析結果，原型車不足轉向度＞方案2＞方案1，通過同樣軌跡曲線時需要的方向盤轉角原型車＞方案2＞電動車方案1。

表3 蛇形試驗仿真結果

2.3 轉向回正性能試驗

圖2 低速回正左轉轉向盤轉角時間歷程曲線

圖3 高速回正左轉轉向盤轉角時間歷程曲線

從以上回正性能分析結果可以看出，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；車身側傾角超調量減小，方向盤轉角、橫擺角速度、側向加速度超調量增大；橫擺角速度、側向加速度衰減率增大，車身側傾角、轉向盤轉角衰減率減小。方案2回正速度和原型車相差不大，且車身側傾角、方向盤轉角、橫擺角速度、側向加速度超調量減??；車身側傾角衰減率減小，橫擺角速度、側向加速度、轉向盤轉角衰減率增大。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 結論

本文以某款純電動轎車后扭力梁為例，根據整車續航里程的不同需求，結合扭力梁的結構形式和性能，運用Carsim軟件進行性能仿真分析，進行結構和性能的匹配與選擇，以滿足整車開發的需求，根據分析結果，形成如下結論：

（1）穩態回轉試驗中，方案1不足轉向度降低。方案2的0.2g側向加速度時不足轉向度和原型車相差不大，0.5g側向加速度時不足轉向度降低。

（2）由于不足轉向度的變化，通過蛇行標樁區需要的方向盤轉角原型車＞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）轉向盤轉角階躍試驗中，方案1橫擺角速度、側向加速度、車身側傾角響應時間增加，響應速度變慢；橫擺角速度、側向加速度超調量減小、車身側傾角超調量增大。方案2響應速度和原型車大致相同；橫擺角速度、側向加速度、車身側傾角超調量減小。

[1]《汽車操縱穩定性客觀試驗規范》（Q/HMA6171-2017）.

[2]余志生.汽車理論（第6版）.機械工業出版社.

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