王陽

摘 要： 純電動汽車的巨大開發(fā)潛力讓其迅速發(fā)展崛起，對于純電動汽車性能要求也越來越高，尤其是懸架性能設(shè)計也從中凸顯出來。本文主要針對純電動汽車懸架性能設(shè)計進行分析，基于CATIA軟件進行仿真設(shè)計優(yōu)化，在假設(shè)和純電動汽車零部件建模基礎(chǔ)上進行裝配，完成全局干涉和全局間隙仿真模擬，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化參數(shù)，完成純電動汽車前后懸架最優(yōu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞： 純電動汽車；懸架；CATIA；性能設(shè)計

懸架系統(tǒng)對于汽車行駛過程中的穩(wěn)定性和平順性具有重要意義，純電動汽車的懸架性能又和車身零部件位置關(guān)系息息相關(guān)，而彈性元件、阻尼元件又是車身零部件的主要元素。因此，在純電動車性能中主要通過計算機仿真以及試驗法實現(xiàn)對懸架性能的研究分析。懸架性能的研究中還必須考慮懸架運動學特性，通過車輪定位參數(shù)等反映出來。只有保證參數(shù)設(shè)計以及零部件設(shè)計中必須保證設(shè)計的科學性，才能保證懸架性能優(yōu)化，保證汽車操縱的平順性、穩(wěn)定性。因此，在懸架性能的設(shè)計與評價是基于參數(shù)，應用模擬仿真來實現(xiàn)的，保證參數(shù)設(shè)計合理性的基礎(chǔ)上提升懸架性能。

1.純電動汽車懸架設(shè)計基本要求

1.1基本要求

隨著汽車以及電動汽車的發(fā)展和技術(shù)優(yōu)化，懸架的形式呈現(xiàn)多樣化。面對不同類型的懸架雖然構(gòu)件和組成略有差別，但是設(shè)計要求相同，主要集中在以下幾點：

（1）設(shè)計符合承載穩(wěn)定性，設(shè)計中還必須保證力與力矩的穩(wěn)定傳遞。

（2）平順性是對懸架性能的基本要求，對于懸架平順性設(shè)計體現(xiàn)在振動頻率較小和較小振動加速度兩方面。

（3）懸架設(shè)計保證不會出現(xiàn)“擊穿”情況，動容量和動行程滿足懸架要求。

（4）注重懸架中車輪定位參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化，以此來提高電動汽車的操穩(wěn)性。

（5）設(shè)計中對電動汽車懸架布置具有明確要求，導向機構(gòu)與轉(zhuǎn)向系協(xié)同作用的同時必須布局合理，避免運動干涉影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（6）科學車身位移設(shè)計，因此應注重縱傾中心和側(cè)傾中心的參數(shù)科學化選擇與設(shè)計。

（7）加強減震能力與抓地平穩(wěn)性設(shè)計優(yōu)化，體現(xiàn)在科學的平均阻尼比設(shè)計中。

（8）優(yōu)化懸架懸掛質(zhì)量設(shè)計，優(yōu)化強度和剛度設(shè)計，通過減少非懸掛質(zhì)量來降低動量，從而能夠減少車身沖擊。

（9）合理規(guī)劃懸架空間設(shè)計，預留空間便于電動汽車的維修保養(yǎng)，以此降低成本。

1.2與傳統(tǒng)汽車懸架設(shè)計要求區(qū)別

由于電動汽車和傳統(tǒng)汽車具有一定的區(qū)別，電動汽車的懸架電機集成于輪胎，因此在電動汽車中非簧載質(zhì)量就會受到電磁力的作用，和傳統(tǒng)汽車的懸架以及系統(tǒng)性能相比在舒適性和操縱性方面較差。因此在電動汽車懸架性能設(shè)計優(yōu)化中，必須要考慮底盤性能。然而目前傳統(tǒng)汽車懸架設(shè)計中主要采用被動懸架，這種懸架結(jié)構(gòu)不能很好滿足電動汽車懸架的要求，因此需要設(shè)計主動或半主動懸架應用于電動汽車當中，對于電動汽車懸架的集成化、智能化問題進行考慮。

2.純電動汽車前后懸架的類型

2.1麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)

麥弗遜懸架是獨立懸架的代表，結(jié)構(gòu)簡單而且占據(jù)較小的空間，主要有螺旋彈簧、減震器以及控制器幾部分組成，由于其良好的性能被廣泛應用于前置發(fā)動機汽車當中。但麥弗遜懸架也具有剛度較弱、穩(wěn)定性不理想等問題。麥弗遜懸架直筒式的構(gòu)造使得左右方向沒有很好力的保護，在汽車轉(zhuǎn)彎和運行中極易出現(xiàn)側(cè)傾問題。和傳統(tǒng)雙A臂懸架的精度相比，麥弗遜稍遜，但在舒適性方面具有顯著優(yōu)勢。

2.2扭力梁懸架結(jié)構(gòu)

扭力梁懸架具有獨立懸架性能特征又具有非獨立懸架的特征，其性能特征介于獨立懸架和非獨立懸架之間。在扭力梁懸架中添加變形桿要素，以此優(yōu)化電動汽車懸架平衡性能，避免傾斜。扭力梁懸架具有結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小的優(yōu)點，主要應用于后懸架系統(tǒng)。尤其在直線行駛過程中性能優(yōu)越性凸顯出來，通過車輪定位參數(shù)優(yōu)化體現(xiàn)其良好性能。扭力梁懸架在承受載荷方面具有一定缺陷和限制，扭力梁懸架雖然具有部分獨立懸架的特性，但是不可避免車輪跳動還會影響另一側(cè)車輪以及直線行駛，導致平順性略差。

3.基于CATIA純電動汽車懸架模型的建立

3.1 CATIA中建立模型的簡化方法

在進行純電動汽車懸架設(shè)計與優(yōu)化中中，借助CATIA進行建模，需要基于一定假設(shè)：

（1）假定彈性體不發(fā)生彈性形變，在模擬優(yōu)化中將彈性體作為剛體進行模擬計算。

（2）CATIA仿真模擬中忽略運動發(fā)熱以及零部件之間的摩擦作用。

（3）在CATIA模擬中不必考慮慣性力因素。

3.2 設(shè)計純電動汽車懸架參數(shù)

如果不借助仿真軟件不能實現(xiàn)彈性元件與阻尼元件的參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化，只能簡單設(shè)計外形結(jié)構(gòu)，因此在這些參數(shù)的設(shè)計中必須借助仿真模擬軟件進行。在一定參數(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)上借助仿真試驗，對參數(shù)進一步優(yōu)化。通過車輪定位參數(shù)來綜合判斷評價懸架參數(shù)設(shè)計合理性以及準確性，通過參數(shù)來反映懸架導向機構(gòu)和懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與否。由于汽車運動過程中會存在上下跳動的過程，跳動過程會導致輪距變化，形成側(cè)偏角，側(cè)偏角會改變側(cè)向力進而影響其直線行駛。因此在參數(shù)設(shè)計中，要盡可能避免參數(shù)設(shè)計引起的輪距變化和側(cè)偏角變化，提高純電動汽車直線行駛的穩(wěn)定性和平順性。

3.3 CATIA純電動汽車懸架幾何模型建立

本文在借助CATIA進行建模分析是基于零部件建模轉(zhuǎn)配基礎(chǔ)上進行的。首先利用CATIA進行零配件的建模，利用系統(tǒng)功能優(yōu)化，然后將不同零配件轉(zhuǎn)配，利用系統(tǒng)進行干涉分析，協(xié)調(diào)處理優(yōu)化不合理部分。建模前完成上述工作，綜合考慮在普通對稱懸架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上考慮減振器部件建模優(yōu)化。在本文純電動汽車懸架設(shè)計中引入的彈簧元件主要為了實現(xiàn)其減振功能，通過彈簧將地面力轉(zhuǎn)化為彈性勢能，實現(xiàn)緩沖目的，因此在建模仿真之前，需要建立懸架螺旋彈簧元器件，主要零部件模型如下圖所示：

在懸架零部件建模的基礎(chǔ)上，對零部件進行轉(zhuǎn)配組裝，完成懸架裝配，利用CATIA干涉分析功能進行全局干涉分析，完成仿真。

3.4 純電動汽車懸架幾何模型分析

純電動汽車懸架幾何模型建立的基礎(chǔ)上，對模型進行全局干涉、全局間隙優(yōu)化分析。全局干涉分析主要是能夠發(fā)現(xiàn)裝配之前各零部件之間的干涉信息，保證導入模型和裝配過程不會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。根據(jù)分析結(jié)果對有問題零部件進行優(yōu)化。間隙分析的主要目的是對零部件之間的作用、接觸以及間隙情況進行分析，保證零部件運動流暢，為最終分析結(jié)果的準確性奠定基礎(chǔ)，減小誤差。其中本文將麥弗遜懸架作為前懸架，扭力梁懸架作為后懸架進行建模以及動力學仿真。

下圖為前后懸架CATIA裝配圖：

按照上述圖片所示結(jié)構(gòu)完成麥弗遜梁懸架結(jié)構(gòu)和后扭力梁懸架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化裝配，通過循環(huán)多次的全局干涉分析和全局間隙分析，指出零部件之間的作用和干涉，并對參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，由最開始的7個麥弗遜懸架零部件碰撞以及4個扭力梁零部件碰撞優(yōu)化到兩個懸架結(jié)構(gòu)均無零部件碰撞。這樣最終得到最優(yōu)懸架結(jié)構(gòu)模型，保證純電動汽車運行的穩(wěn)定性和平順性。

結(jié)論

本文在進行懸架梁設(shè)計優(yōu)化分析過程中，綜合了計算機理論以及個人工作經(jīng)驗，對純電動汽車前后懸架結(jié)構(gòu)均進行了分析。介紹了設(shè)計要求以及計算機仿真設(shè)計優(yōu)化的具體流程，最終形成科學的最優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)模型。

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