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电动汽车底盘分析与调校研究

2021-09-12 20:05:34·  来源：焉知智能底盘  
　
作为复杂的多体耦合系统，汽车使用过程会同时受到风阻、路面激励、输入、驾驶员不确定性等因素影响，复杂多变的工况使得汽车整车动力学研究难度较高。因此，本文
作为复杂的多体耦合系统，汽车使用过程会同时受到风阻、路面激励、输入、驾驶员不确定性等因素影响，复杂多变的工况使得汽车整车动力学研究难度较高。因此，本文围绕电动汽车底盘分析与调校开展的研究采用了ADAMS/Car，并针对性开展了整车操纵稳定性试验和悬架K&C特性试验，由此为优化设计提供了充足依据。

1 整车动力学建模与仿真

1.1 建模过程
为开展纯电动 SUV 的模型建设，采用ADAMS/Car 搭建整车虚拟样机模型，随之开展柔化处理，即可针对性开展仿真处理。具体建模过程中，需要输入的参数包括路面典型工况和激励、质量与转动惯量、阻尼和刚度等力学特性参数、硬点坐标等尺寸参数。考虑到仿真结果和建模精度直接受到参数的准确性影响，基于采用麦弗逊独立悬架的研发车前后悬架，基于整车三维模型对建模参数开展细致测量，坐标原点为前轴中心点，并选择笛卡尔坐标系作为基准坐标系，同时应用了企业提供的相关信息。

其中，前/后轮距、轴距分别为1418mm2410mm，整车的长、高、宽分别为3695mm、1570mm、1685mm，整备质量、半载质量、满载质量分别为1250kg、1475kg、1550kg，空载、半载、满载的质心高度分 别 为 572mm、579.62mm、582.23mm。前/后轮的主销内倾、主销后倾分别为 11.56°、3.67°，转向轮内轮、外轮的最大偏转角分别为 35.859°、32.546°。基于相关试验获得建模过程中所需的减震器、弹簧、衬套的力学特性曲线及参数，基于乘用车 SAE 经验公式对整车转动惯量进行估算，以半载质量为基本工况，即可为建模提供充足依据。

建模过程需要开展柔性化处理，具体涉及简化物理模型、确定各部件连接关系和关键布置，以此完成对应硬点的建立，部件创建以硬点坐标为参考坐标，几何体创建需尽可能结合实际。各部件约束类型的确定需对部件间的运动关系进行分析，以此科学选择衬套、铰链等约束方式完成约束定义。模板的参数变量需围绕定位参数和尺寸参数等建立，随之还需要做好通讯器连接的定义，通讯器名称、类型、对称性的准确性得到保障。
由于采用麦弗逊独立悬架作为前后悬架，建模涉及副车架、传动半轴、转向拉杆、稳定杆、减震器、螺旋弹簧、转向节、下控制臂等零部件，基于麦弗逊悬架结构关系和CATIA 三维模型，即可针对性开展建模，如悬架安装点与稳定杆横拉杆采用球铰相连。簧上质量简化处理车身系统后，采用球体来代替，并设置转动惯量、质心位置、质量等参数，动力系统由驱动文件控制。对于易产生弹性变形的悬架运动中的副车架、横向稳定杆、下控制臂，柔性建模采用有限元法，模态计算和有限元网格划分采用Hypermesh，由此在ADAMS中导入MNF文件，即可完成建模。完成模板建模后，装配子系统文件，即可最终得到整车模型，以及前、后悬架总成，图1为整车模型示意图。

1.2 仿真分析
对于具有相对安装位置的前轴、转向节、转向轮，需关注其中涉及的四轮定位参数，由此对前束角、外倾角、主销内倾角、主销后倾角进行分析，参数的灵敏度分析采用ADAMS/Insight，选取转向拉杆外点、转向拉杆内点、下摆臂外点、下摆臂后点、下摆臂前点、减震器上点等对四轮定位参数影响较大的硬点，以三个方向各硬点的设计变量为坐标值，初始硬点坐标值为标准值，基于±3mm 的变化范围，即可围绕最显著的设计变量开展针对性分析，影响各定位参数的硬点及其方向可由此明确，如对后倾角的影响从低到高分别为摆臂外点 X 向坐标、减震器上点 X 向坐标；悬架 K&C 特性仿真分析能够对悬架运动性能和变形性能进行考察，结合针对性仿真，即可获得悬架几何特性数据、运动学特性数据、柔性运动学特性数据；整车操纵稳定性仿真聚焦行车安全，本文研究主要基于中心区转向分析、角阶跃分析、稳态回转分析、制动分析、直线加速开展车辆的操稳性分析，最终可确定车辆整体性能良好，但存在偏小的阿克曼百分比、前高后低的侧倾中心、灵敏度稍大的转向灵敏度和俯仰梯度，需要设法进行优化。

2 工装车性能试验

2.1 悬架 K&C 特性试验
作为汽车底盘系统研发重点，K&C特性试验基于专用试验台开展，型号为SPMM5000。考虑到行驶时车辆的减速或加速会受到纵向力，离心力会导致弯道过程中侧向力产生，垂向力会因悬架受到的路面不平冲击产生，因此需要关注车辆行驶受到的力加速度影响。具体试验围绕转向、纵向力、侧倾、侧倾、垂向轮跳、反向侧向力、同向侧向力、反向回正力矩、同向回正力矩等试验工况开展，最终可求得悬架的运动学、柔性运动学特性数据。
2.2 整车操纵稳定性试验
由于稳定性和操纵性存在一定矛盾，必须设法找到二者的平衡，整车操纵稳定性试验因此需要针对性开展，选择工装样车作为试验车辆，在某汽车试验场动态广场进行试验，采用 DEWESOFT 数采系统、ABD 转向机器人系统，以及速度计、高度计、双轴光学速度计、陀螺仪、计算机等设备，即可开展原地转向、直线制动、直线加速、角阶跃、定半径稳态回转、中心区转向、蛇行试验，试验结果可为底盘性能风险点判断提供依据。

3 底盘性能优化改进路径

3.1 硬点优化改进
基于硬点坐标影响、转向机构及麦弗逊悬架的结构特点，针对性修改底盘系统硬点坐标，对于前悬架和后悬架，采用保持不动的副车架与轮心连接点，同时前悬架需要对摆臂及转向节硬点进行修改，后悬架需要对摆臂及转向拉杆硬点进行修改。具体优化需要上移前悬下摆臂后点10mm，前悬制动抗点头率提高、前悬架侧倾中心高降低可顺利实现。同时内移转向拉杆外点4mm，阿克曼百分比优化可由此完成，随之上移5mm，前束角受到的摆臂硬点移动影响可有效消除。上移后悬架下摆臂前点15mm，后悬抗举升率提高、后悬架侧倾中心高增加可顺利实现。最后下移前减震器端盖、上移后减震器端盖，分别为 10mm 和 15mm，前高后低的侧倾中心即可有效改善。结合针对性仿真，可确定优化后的侧倾梯度、制动梯度等减小明显，车身的侧倾和俯仰、略高的转向灵敏度实现一定改善，但同时存在几乎没有变化的响应速度特性，因此可确定仍存在优化改进空间。
3.2 方案和零部件优选
不足转向度能够在前悬架偏频降低的过程中减小，随之降低的侧倾角刚度占比也能够发挥同样效果，车辆稳定性随侧倾梯度减小而提高，但同时存在变慢的车辆侧倾和横摆响应速度，此时存在较为迟缓的反应。同时存在几乎不变的横摆角速度增益，以及略微提高的转向灵敏度，“操控感”过度问题可能出现。进一步开展方案和零部件优选，开展轮胎选型、缓冲块与衬套匹配、弹簧稳定杆匹配、转向 EPS 和减振器的调校，案例车辆的底盘综合性能最终实现显著提升。方案和零部件优选充分结合了上文开展的仿真与试验，具备较高借鉴价值。
4 结束语

综上所述，电动汽车底盘分析与调校需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的硬点优化改进、方案和零部件优选等内容，则直观展示了电动汽车底盘分析与调校路径。为更好优化电动汽车设计，生产误差影响的应对、生产条件限制的考量、基于更详细模型的参数输入同样需要得到重点关注。
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