某电动汽车扭力梁运动学性能仿真分析

汤国龙

1 前言

扭力梁式半独立悬架作为中小型轿车的后悬架已经成为汽车行业多年的共识。其兼具刚性轴式非独立悬架与拖曳臂式独立悬架的优点，且结构简单，质量较轻，便于拆装。电动轿车由于车身地板下要布置电池箱，要求悬架占用空间不能较大，为追求长续航对扭力梁的纵臂长度有严格限制。下文主要从整车的运动学性能等方面分析扭力梁缩短纵臂长度的可行性。既要满足整车对续航里程的要求，同时满足底盘系统各性能目标。

为了有效分析纵臂长度缩短对整车性能的影响，本文从三个方案着手对不同纵臂长度的扭力梁进行整车运动学性能分析。三种方案在分析中采用相同的轮距和轴距参数，其中轮胎模型均采用205/60R16的国标型号，以尽可能消除环境因素对分析的准确性的影响。

图1 某电动汽车扭力梁示意图

表1 原型车及两个纵臂长度方案

2 运用Carsim进行运动学性能分析

Carsim软件是专门针对车辆动力学的仿真软件，是一款基于系统的建模软件，在建模过程中需要车辆各个子系统的性能参数作为输入。

本次分析根据海马汽车操稳企标进行分析，主要进行稳态回转试验、蛇行试验、转向回正试验、方向盘转角阶跃输入试验，所引用的标准为《汽车操纵稳定性客观试验规范》（Q/HMA 6171-2017）。

2.1 稳态回转试验

经仿真分析输出表2可知，由于质心降低，车身侧倾度降低，在转向时侧倾角减小。方案1和方案2车身侧倾度相差不大。方案1不足转向度降低；方案2的0.5g侧向加速度时不足转向度降低。

表2 稳态回转试验仿真结果

2.2 蛇行试验

经仿真分析输出表3可知，在相同的轨迹控制下，方案1和方案2侧向加速度、横摆角速度随车速的变化情况基本一致。由于质心高度变化，车身侧倾角大幅减小。根据稳态回转分析结果，原型车不足转向度＞方案2＞方案1，通过同样轨迹曲线时需要的方向盘转角原型车＞方案2＞电动车方案1。

表3 蛇形试验仿真结果

2.3 转向回正性能试验

图2 低速回正左转转向盘转角时间历程曲线

图3 高速回正左转转向盘转角时间历程曲线

从以上回正性能分析结果可以看出，低速回正方面，方案1、2相对于原型车回正时间减小，残留横摆角速度变小，回正性能变好。高速回正方面，方案1回正速度和原型车相差不大；车身侧倾角超调量减小，方向盘转角、横摆角速度、侧向加速度超调量增大；横摆角速度、侧向加速度衰减率增大，车身侧倾角、转向盘转角衰减率减小。方案2回正速度和原型车相差不大，且车身侧倾角、方向盘转角、横摆角速度、侧向加速度超调量减小；车身侧倾角衰减率减小，横摆角速度、侧向加速度、转向盘转角衰减率增大。方案1横摆角速度自然频率与原型车一致，方案2横摆角速度自然频率大于原型车。

3 结论

本文以某款纯电动轿车后扭力梁为例，根据整车续航里程的不同需求，结合扭力梁的结构形式和性能，运用Carsim软件进行性能仿真分析，进行结构和性能的匹配与选择，以满足整车开发的需求，根据分析结果，形成如下结论：

（1）稳态回转试验中，方案1不足转向度降低。方案2的0.2g侧向加速度时不足转向度和原型车相差不大，0.5g侧向加速度时不足转向度降低。

（2）由于不足转向度的变化，通过蛇行标桩区需要的方向盘转角原型车＞方案2＞方案1。方案1横摆角速度自然频率与原型车一致，方案2横摆角速度自然频率大于原型车。

（3）转向盘转角阶跃试验中，方案1横摆角速度、侧向加速度、车身侧倾角响应时间增加，响应速度变慢；横摆角速度、侧向加速度超调量减小、车身侧倾角超调量增大。方案2响应速度和原型车大致相同；横摆角速度、侧向加速度、车身侧倾角超调量减小。

[1]《汽车操纵稳定性客观试验规范》（Q/HMA6171-2017）.

[2]余志生.汽车理论（第6版）.机械工业出版社.

[3]晏娟，刘仁鑫，侯军锋，朱金和.扭力梁式后悬架强度分析[J].制造业信息化，2014（6）.