基于ADAMS的電動汽車專用底盤平順性分析*

雷良育胡永偉荊家寶王國輝

（1.浙江兆豐機電股份有限公司研究院；2.浙江農林大學工程學院）

底盤平順性是評判汽車質量好壞的重要因素之一[1]，傳統汽車底盤大多采用經典的H型底盤車架，經過數十代設計師的改進和試驗，其平順性已經滿足大多數車型，但這種底盤并不適用于近年來日趨流行的兩座輕型電動汽車[2]，需要重新定義、設計專用底盤來滿足它的平順性。直接制造樣機進行試驗會浪費人力和物力，所以文章提出利用ADAMS軟件構建底盤平順性的虛擬試驗平臺，對一款輕型電動汽車專用底盤的平順性進行試驗和優化，驗證并確定了該輕型輪轂電機驅動型電動汽車的最優底盤形態。

1 ADAMS在機械動力學分析中的運用

分析底盤平順性常用的方法為脈沖輸入法[3]，即將汽車以一定速度通過標準三角突出障礙物，獲得汽車垂直方向的加速度響應特性[4]。文章利用工具為ADAMS軟件，它是一種針對機械動力學的分析平臺，尤其是針對機械振動的分析，有專門的后處理工具窗口[5]。ADAMS軟件中有專門針對動力學分析的插件：系統控制模塊（Controls）、振動模塊（Vibration）、耐久性模塊（Durability）及機電一體化模塊（Mechatronics）。這些模塊可以相互混合搭建，設計各種仿真平臺和仿真試驗，利用構建和設計的仿真試驗對設計的機械系統進行仿真數據提取[6]。

2 ADAMS在專用底盤平順性分析中的運用

在汽車底盤設計之初，設計人員都十分重視底盤的輕量化，但是輕量化需要有合適的質量，質量過輕會造成底盤斷裂或者越過障礙物時平順性很差，質量過重會造成平順性很差和輕量化失敗[7]。在實際設計中，可以利用ADAMS軟件設計試驗替代樣機試驗分析平臺，在樣機試驗前排除大部分不合理的設計。文章設計了一款兩座輕型電動汽車專用底盤，如圖1所示，使用輪轂電機作為動力源，并利用ADAMS平臺分析底盤的平順性，然后優化設計的輪轂電機驅動型專用底盤，以下簡稱專用底盤。

圖1 輕型電動汽車專用底盤

2.1 創立仿真環境

利用Solid Work軟件建立專用底盤三維模型和仿真路面，如圖2所示，導入ADAMS平臺構建試驗模型，命名和合并零部件，將與底盤平順性無關的零部件合并進相應零部件中，減少軟件平臺運行分析內存。然后對整理后的零部件進行材質定義，創建零部件的連接，定義運動零部件與固定零部件，零部件的材質及連接狀態，如表1所示。

圖2 專用底盤仿真模型和路面

表1 專用底盤零部件材質及連接狀態

對輪轂電機施加驅動力，對各個連接設置摩擦因數，對輪胎與路面設置接觸并設置重力環境，仿真環境設置參數，如圖3所示，驅動并仿真專用底盤的三維模型。

圖3 專用底盤仿真環境參數設置界面

2.2 利用仿真平臺設計分析試驗

創建路面中的三角凸出物，定義并更新路面與輪胎的接觸，創建專用底盤車架質心與路面某一點的測量位置，如圖4所示。驅動并仿真專用底盤，測量并提取振動曲線和振動加速度曲線，如圖5和圖6所示。

圖4 專用底盤振動測量點位置參數

圖5 優化前后專用底盤質心振動曲線

圖6 優化前后專用底盤質心振動加速度曲線

振動曲線能直觀地反映底盤的平順性，而振動加速度曲線根據式（1）可以間接地反映駕駛員和汽車之間的作用力。

式中：F——汽車對乘客的支撐力，N；

m——乘客的體質量，kg；

S''——振動加速度，m/s2；

F0——乘客所受作用力，N；

g——重力加速度，m/s2。

從圖5a可以看出，初始設計的專用底盤通過凸出物的質心振動峰值分別為59，36，61.5 mm。顯然這種形態的專用底盤平順性很差，所以進行相應的優化設計，加裝加強筋和承重梁，將底盤形態由傳統的H型優化為田字型，然后按照上述試驗方法，提取優化后專用底盤的振動曲線，如圖5b所示，優化后專用底盤通過凸出物的質心振動峰值分別為37.5，26，54 mm，對比分析發現優化后平順性更好。

試驗人員將優化前后的專用底盤分別通過三角凸出物，提取其振動加速度曲線，利用式（1）將振動加速度曲線量化為乘客受力（F0），對優化前后的底盤振動位移及F0做對比分析，如表2所示。

表2 優化前后專用底盤質心振動位移和乘客受力對比

比較后發現，優化后的專用底盤平順性明顯好于初始設計的專用底盤。

3 結論

通過利用ADAMS特有的動力學分析處理功能，提取并量化處理優化前后底盤的振動值，做成表格進行底盤平順性對比，擇選出輪轂電機驅動型電動汽車底盤最優形態為田字型而非傳統的H型。該分析方法對于底盤設計來說是一種很好的改進和創新，其驗證了傳統H型汽車底盤是否適用于其它驅動類型的電動汽車，并優化得出其它驅動類型的電動汽車的最優底盤形態。可以進一步擴大研究范圍，利用該方法去重新設計輕型中央電機驅動型以及輕型輪邊電機驅動型電動汽車底盤，同時也可以利用這種方法研究中型和重型電動汽車底盤。