雷良育胡永偉荊家寶王國(guó)輝

（1.浙江兆豐機(jī)電股份有限公司研究院；2.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院）

底盤(pán)平順性是評(píng)判汽車(chē)質(zhì)量好壞的重要因素之一[1]，傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)大多采用經(jīng)典的H型底盤(pán)車(chē)架，經(jīng)過(guò)數(shù)十代設(shè)計(jì)師的改進(jìn)和試驗(yàn)，其平順性已經(jīng)滿足大多數(shù)車(chē)型，但這種底盤(pán)并不適用于近年來(lái)日趨流行的兩座輕型電動(dòng)汽車(chē)[2]，需要重新定義、設(shè)計(jì)專(zhuān)用底盤(pán)來(lái)滿足它的平順性。直接制造樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)會(huì)浪費(fèi)人力和物力，所以文章提出利用ADAMS軟件構(gòu)建底盤(pán)平順性的虛擬試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)一款輕型電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用底盤(pán)的平順性進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化，驗(yàn)證并確定了該輕型輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)的最優(yōu)底盤(pán)形態(tài)。

1 ADAMS在機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析中的運(yùn)用

分析底盤(pán)平順性常用的方法為脈沖輸入法[3]，即將汽車(chē)以一定速度通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)三角突出障礙物，獲得汽車(chē)垂直方向的加速度響應(yīng)特性[4]。文章利用工具為ADAMS軟件，它是一種針對(duì)機(jī)械動(dòng)力學(xué)的分析平臺(tái)，尤其是針對(duì)機(jī)械振動(dòng)的分析，有專(zhuān)門(mén)的后處理工具窗口[5]。ADAMS軟件中有專(zhuān)門(mén)針對(duì)動(dòng)力學(xué)分析的插件：系統(tǒng)控制模塊（Controls）、振動(dòng)模塊（Vibration）、耐久性模塊（Durability）及機(jī)電一體化模塊（Mechatronics）。這些模塊可以相互混合搭建，設(shè)計(jì)各種仿真平臺(tái)和仿真試驗(yàn)，利用構(gòu)建和設(shè)計(jì)的仿真試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)提取[6]。

2 ADAMS在專(zhuān)用底盤(pán)平順性分析中的運(yùn)用

在汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員都十分重視底盤(pán)的輕量化，但是輕量化需要有合適的質(zhì)量，質(zhì)量過(guò)輕會(huì)造成底盤(pán)斷裂或者越過(guò)障礙物時(shí)平順性很差，質(zhì)量過(guò)重會(huì)造成平順性很差和輕量化失敗[7]。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以利用ADAMS軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)替代樣機(jī)試驗(yàn)分析平臺(tái)，在樣機(jī)試驗(yàn)前排除大部分不合理的設(shè)計(jì)。文章設(shè)計(jì)了一款兩座輕型電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用底盤(pán)，如圖1所示，使用輪轂電機(jī)作為動(dòng)力源，并利用ADAMS平臺(tái)分析底盤(pán)的平順性，然后優(yōu)化設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型專(zhuān)用底盤(pán)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)專(zhuān)用底盤(pán)。

圖1 輕型電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用底盤(pán)

2.1 創(chuàng)立仿真環(huán)境

利用Solid Work軟件建立專(zhuān)用底盤(pán)三維模型和仿真路面，如圖2所示，導(dǎo)入ADAMS平臺(tái)構(gòu)建試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，命名和合并零部件，將與底盤(pán)平順性無(wú)關(guān)的零部件合并進(jìn)相應(yīng)零部件中，減少軟件平臺(tái)運(yùn)行分析內(nèi)存。然后對(duì)整理后的零部件進(jìn)行材質(zhì)定義，創(chuàng)建零部件的連接，定義運(yùn)動(dòng)零部件與固定零部件，零部件的材質(zhì)及連接狀態(tài)，如表1所示。

圖2 專(zhuān)用底盤(pán)仿真模型和路面

表1 專(zhuān)用底盤(pán)零部件材質(zhì)及連接狀態(tài)

對(duì)輪轂電機(jī)施加驅(qū)動(dòng)力，對(duì)各個(gè)連接設(shè)置摩擦因數(shù)，對(duì)輪胎與路面設(shè)置接觸并設(shè)置重力環(huán)境，仿真環(huán)境設(shè)置參數(shù)，如圖3所示，驅(qū)動(dòng)并仿真專(zhuān)用底盤(pán)的三維模型。

圖3 專(zhuān)用底盤(pán)仿真環(huán)境參數(shù)設(shè)置界面

2.2 利用仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)分析試驗(yàn)

創(chuàng)建路面中的三角凸出物，定義并更新路面與輪胎的接觸，創(chuàng)建專(zhuān)用底盤(pán)車(chē)架質(zhì)心與路面某一點(diǎn)的測(cè)量位置，如圖4所示。驅(qū)動(dòng)并仿真專(zhuān)用底盤(pán)，測(cè)量并提取振動(dòng)曲線和振動(dòng)加速度曲線，如圖5和圖6所示。

圖4 專(zhuān)用底盤(pán)振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)位置參數(shù)

圖5 優(yōu)化前后專(zhuān)用底盤(pán)質(zhì)心振動(dòng)曲線

圖6 優(yōu)化前后專(zhuān)用底盤(pán)質(zhì)心振動(dòng)加速度曲線

振動(dòng)曲線能直觀地反映底盤(pán)的平順性，而振動(dòng)加速度曲線根據(jù)式（1）可以間接地反映駕駛員和汽車(chē)之間的作用力。

式中：F——汽車(chē)對(duì)乘客的支撐力，N；

m——乘客的體質(zhì)量，kg；

S''——振動(dòng)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(shè)計(jì)的專(zhuān)用底盤(pán)通過(guò)凸出物的質(zhì)心振動(dòng)峰值分別為59，36，61.5 mm。顯然這種形態(tài)的專(zhuān)用底盤(pán)平順性很差，所以進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，加裝加強(qiáng)筋和承重梁，將底盤(pán)形態(tài)由傳統(tǒng)的H型優(yōu)化為田字型，然后按照上述試驗(yàn)方法，提取優(yōu)化后專(zhuān)用底盤(pán)的振動(dòng)曲線，如圖5b所示，優(yōu)化后專(zhuān)用底盤(pán)通過(guò)凸出物的質(zhì)心振動(dòng)峰值分別為37.5，26，54 mm，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后平順性更好。

試驗(yàn)人員將優(yōu)化前后的專(zhuān)用底盤(pán)分別通過(guò)三角凸出物，提取其振動(dòng)加速度曲線，利用式（1）將振動(dòng)加速度曲線量化為乘客受力（F0），對(duì)優(yōu)化前后的底盤(pán)振動(dòng)位移及F0做對(duì)比分析，如表2所示。

表2 優(yōu)化前后專(zhuān)用底盤(pán)質(zhì)心振動(dòng)位移和乘客受力對(duì)比

比較后發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的專(zhuān)用底盤(pán)平順性明顯好于初始設(shè)計(jì)的專(zhuān)用底盤(pán)。

3 結(jié)論

通過(guò)利用ADAMS特有的動(dòng)力學(xué)分析處理功能，提取并量化處理優(yōu)化前后底盤(pán)的振動(dòng)值，做成表格進(jìn)行底盤(pán)平順性對(duì)比，擇選出輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)最優(yōu)形態(tài)為田字型而非傳統(tǒng)的H型。該分析方法對(duì)于底盤(pán)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一種很好的改進(jìn)和創(chuàng)新，其驗(yàn)證了傳統(tǒng)H型汽車(chē)底盤(pán)是否適用于其它驅(qū)動(dòng)類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)，并優(yōu)化得出其它驅(qū)動(dòng)類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)的最優(yōu)底盤(pán)形態(tài)。可以進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍，利用該方法去重新設(shè)計(jì)輕型中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)型以及輕型輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)，同時(shí)也可以利用這種方法研究中型和重型電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)。