基于ADAMS Car电动汽车底盘布置仿真分析与优化

摘要：在电动汽车底盘布置优化设计中，我们需要考虑的因素不止动力电池组的布置还要考虑操纵性、稳定性、平顺性等整车综合性能。而设计出合理理想的底盘布置优化方案，对电动汽车未来的发展具有深远的意义。针对以上的问题，本方法进行仿真试验，对不同的底盘布局方案的试验进行对比，确定对于整车操纵性、稳定性、平顺性更理想合理的底盘设计方案，通过仿真结果分析，验证优化结果。关键词：底盘布置底盘优化设计电动汽车操纵稳定电动汽车底盘设计与优化的研究显示，学者们通过仿真和试验深入探讨了车辆的操纵稳定性和平顺性。闫雪在2012年基于动力学理论提出了一种分析和优化方法。荣祥涛在2015年研究了底盘模态变化和电池箱连接对动态刚度的影响，并优化了电池箱连接点位置[1]。张宇和在2016年提出前移和降低整车质心位置的底盘布置方案，以改善操纵稳定性[2]。国内研究者使用ADAMS软件优化悬架、传动系统和电池布局，而国外通过轻量化和结构设计提升性能。通过前人的研究看来，动力电池的布局是车辆的总体性能的重要因素，通过构建模型来仿真分析和做相关实验可以对汽车底盘布局进行优化，提高操纵稳定性和平顺性。本文探讨了电动汽车底盘设计方面的的仿真仿真模型，重点研究电动汽车动力电池布局对操纵稳定性和平顺性的影响，并通过一系列仿真试验分析优化底盘布置方案。2纯电动汽车底盘布置方案设计2.1纯电动汽车三种不同底盘布置方案本研究电动汽车将采用约为350kg的动力电池组，按照底盘布置的可利用空间，以此提出3种底盘布置方案，再根据提出的方案进行操纵稳定性、平顺性的仿真试验，根据数据分析进行方案的优化设计。方案一的布置主要是在车身底盘的正下方或后备箱下面，该布置增加了线路复杂性，且降低了散热性能和车内空间利用率；方案二的电池组布置在车身底盘底板之下，这种平整布置在底盘下方的电池组，便于检修和更换电池；方案三的布置主要是将电池组分别布置在前机舱下和底盘正下方。ADAMS,即机械系统动力学自动分析(AutomaTIcDynamicAnalysisofMechanicalSystems),ADAMS软件具有二维建模和三维建模的功能。利用ADAMS软件可以在计算机上建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析对比机械的运2.3.1悬架系统模型的建立汽车悬架主要分为独立悬架和非独立悬架，悬架之间靠车桥连接；独立悬架相当于是两个独立的个体，车轮之间互不影响，可以有效的起到缓冲和减震的效果。2.3.2动力子系统的模型建立本文研究的对象是电动汽车，电动汽车的动力系统在其中只提供扭矩的作用，2.3.3转向子系统的模型建立2.3.4轮胎模型的建立胎模型选择的，本文采用的是文件库里的pac2002_235_40hCG6vDlIeOhDmRNOsVoOvzFVOLMNg+PPGjw/zZtA4/k=R18轮胎来模拟实验，根据参数建立好的轮胎模型。2.4整车模型的建立子系统模型通过试验台组装一起，从而得到整车多体动力学仿真。不同布置方案的模型建立。通过测量整车模型的可利用空间，可以得出整体利用空间为830mm×400mm×300mm,底盘为1300mm×530mm×300mm,根据上文的不同底盘的布置方案，将电池组模型与整车完成装配。如图1所示。3不同底盘布置方案的操纵稳定性影响分析通过电池摆放的位置的改变，分析研究不同底盘布置对汽车操纵稳定性影响，依据国标GB/T6323—2014为试验分析依据，选择蛇形试验、双车道变换试验。在3.1蛇形驾驶仿真试验与分析3.1.1试验方法根据国标GB/T6323.2-94规定，使用蛇形驾驶仿真，仿真实验车速依次为3.1.2试验仿真结果与分析仿真结果曲线：横摆角速度曲线，如图2所示；车身侧倾角曲线，如图3所示。通过分析曲线图可以得出：方案一和方案三的最大横摆角速度分别为almax=30.611m/s2、a3max=30.591m/s2,均比方案二的横摆角速度a2max=30.586m/s2大，方案一和方案三的最大车身侧倾角分别为N1max=2.013°/s、N3max=1.785°/s,均比方案二的车身侧倾角N2max=1.672°/s大，所以方案二电池组得布置方式更能提高整车的操纵稳定性。3.2双车道变换仿真与分析3.2.1试验方法汽车以60km/h的速度行驶。3.2.2试验仿真结果与分析将三个方案的仿真结果进行对比，得出如图4。当车辆都以60km/h行驶时，从上述数据可以得出，方案一和方案三的最大车身侧倾角分别为N1max=1.314°/s、N3max=1.246°/s,均比方案二的车身侧倾角N2max=1.181°/s大。根据以上蛇形试验、双车道试验两个操纵稳定性试验的结果分析得出，方案二的底盘布置方案会更有利于提高整车的操纵稳定性。4不同底盘布置方案的平顺性影响分析4.1脉冲输入平顺性仿真与分析4.1.1试验方法板路面进行仿真分析，如图5所示。总仿真时间10s,仿真路程150m,档位为3,行驶速度分别为40km/h、50km/h、60km/h。4.1.2实验结果分析行驶过程中保持匀速，并记录完整的试验过程。分别得到不同方案下车速40km/h、50km/h、60km/h的加速度时域曲线，如图5、6、7所示。由于本次试验设置了三个方案进行仿真，故只选择40km/h的垂直加速度的峰值ACCmax进行分析三个方案同个速度进行时的平顺性。不同方案在40km/h的垂直加速度的峰值ACCmax结果对比，如表1所示。依据仿真的车辆垂直加速度的峰值ACCmax进行分析，脉冲输入试验的标如图表1所示。该结论选取车辆都以40km/h行驶时车辆垂直加速度数据进行分析，从上述数据可以得出，方案一和方案二的垂直加速度分别为almax=0.5672m/s2、a2max=0.5361m/s2,而方案三的垂直加速度为a3max=0.4779m/s2,根据数据可知，方案三的底盘布置方案更有利于提高整车的平顺性。4.2随机不平路面平顺性仿真与分析4.2.1试验方法随机路面可以在ADAMS/Carride的路面谱中生成，其中结合了多方面的路面参数，生成了不同等级的路面。本章选择了系统自带的B级路面进行此次随机路面的仿真，仿真时长10s,仿真路程150m,汽车行驶速度分别40km/h、50km/h、4.2.2实验结果分析行驶过程中保持匀速，并记录完整的试验过程。分别得到不同方案下车速40km/h、50km/h、60km/h的加速度时域曲线，如图8、9、10所示。结论选取车辆都以40km/h行驶时的加权加速度进行分析，从上述数据可以得出，方案一和方案二的加权加速度分别为a1=0.0787m/s2、a2=0.0931m/s2,而方案三的加权加速度为a3=0.0783m/s2,由于三个方案的加权加速度在人体主观感受种都处于舒适的位置，但相较于方案一和方案二来说，方案三的底盘布置方案更有利于提高整车的平顺性。根据以上脉冲输入、随即路面输入两个平顺性试验的结果分析得出，方案三的底盘布置方案会更有利于提高整车的平顺性。和电池组的模型，并对建立的模型进行了操纵稳定性和平顺性的仿真试验，通过数据分析，从而优化底盘布置方案，为后续电动汽车事业贡献出一份力量。本文完成(1)基于ADAMSCar建立仿真模型，分别建立前后悬架模型、车身模型、传动系统、电池组模型等仿真模型。(2)本文重点研究动力电池的布置位置，由于电池不同的布置方案对车辆的影响不同，因此需要通过多体动力学软件ADAMS对建立起的底盘模型进行操纵稳定性仿真分析并优化，内容主要有：蛇形试验仿真分析、双车道变换仿真分析。根据仿真得出的数据表示，方案二的底盘布置方式更有利于提高电动汽车的操纵稳定性。(3)平顺性仿真实验内容主要有：脉冲输入仿真分析、随即路面输入仿真分析。对试验的结果进行分析，相同行驶速度下，方案三的加权加速度均方根值相比较于其他两个方案的低，所以方案三的