基于轮胎磨损的电动汽车扭力梁悬架性能分析和优化

摘要

在汽车行驶过程中，电动汽车扭力梁悬架的扭力横梁部分会通过弯扭变形以抑制由后桥的载荷变化与路面冲击引起的车轮跳动和车身侧倾，其工作情况多变受力复杂。同时，扭力梁悬架运动时后轮定位参数的改变也会调整轮胎在行驶过程中的姿态，对轮胎磨损有一定影响。本文主要针对某增程式电动汽车扭力梁悬架的静、动态性能特点，包括结构强度、疲劳强度、模态以及运动特性进行了建模仿真和分析，并基于轮胎磨损特性对悬架的运动特性进行优化设计，有效减轻了轮胎磨损，提高了整车的行驶稳定性。
　　首先，选取悬架的三种典型极限工况，包括极限左转弯工况、急减速制动工况以及双侧车轮上凸包冲击工况，对扭力梁悬架有限元模型进行结构强度校核。其次，对悬架进行自由模态分析，生成扭力横梁的模态中性文件，在ADAMS/Car中建立刚柔耦合扭力梁悬架动力学模型，研究悬架在车轮激振试验下的运动特性;基于HyperWorks的Fatigue分析流程树，采用名义应力法对悬架总成结构进行疲劳强度分析。
　　然后，基于轮胎刷子模型分析稳态侧偏工况下轮胎的受力变形过程，以轮胎磨损功耗为评价指标计算轮胎的磨损量，着重分析了后轮外倾角和前束角的变化与轮胎磨损的关系。采用悬架硬点优化的方法对悬架运动特性进行优化设计，通过响应曲面法拟合出优化目标与变量间的函数关系，对拟合函数进行优化计算。优化后的悬架动态性能比优化前有了大大改善，从而有效的减轻了轮胎磨损。
　　最后，建立扭力梁悬架-轮胎-胎面系统模型，进一步分析轮胎的磨损与悬架特性的关系，研究系统在特定车速区间内的自激振动特性，为后续研究轮胎磨损与悬架性能关系提供了一定的参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 扭力梁悬架系统简介

1．3 国内外轮胎磨损研究现状

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 本文主要研究内容

1．4．2 本文技术路线

第二章 电动汽车扭力梁悬架模型的建立

2．1 有限元分析理论与软件介绍

2．1．1 有限元法基本原理

2．1．2 应用软件介绍

2．2 虚拟样机技术简介

2．2．1 虚拟样机技术的内涵

2．2．2 多体动力学理论简介

2．2．3 应用软件介绍

2．3 扭力梁悬架的几何建模

2．4 扭力梁后悬架有限元建模

2．4．1 几何模型的导入

2．4．2 模型简化处理和几何清理

2．4．3 网格划分和单元质量检查

2．4．4 单元连接方式模拟与边界约束

2．5 扭力梁悬架刚柔耦合动力学模型建模

2．5．1 ADAMS／Car的建模步骤

2．5．2 定义悬架系统坐标系

2．5．3 扭力梁悬架刚柔耦合动力学建模

2．6 本章小结

第三章 电动汽车扭力梁悬架的静动态性能分析

3．1 扭力梁悬架总成工况分析

3．1．1 极限左转弯工况

3．1．2 急减速度制动工况

3．1．3 双侧车轮上凸包冲击工况

3．2 扭力梁悬架结构强度分析

3．2．1 极限左转弯工况静力分析

3．2．2 急减速工况静力分析

3．2．3 冲击工况静力分析

3．3 扭力梁悬架的模态特性分析

3．4 基于名义应力法的扭力梁悬架疲劳寿命分析

3．4．1 疲劳分析理论

3．4．2 材料的S-N曲线

3．4．3 名义应力法疲劳分析

3．4．4 扭力梁悬架总成的疲劳寿命仿真分析

3．5 本章小结

第四章 基于轮胎磨损的电动汽车扭力梁悬架优化设计

4．1 轮胎磨损理论分析

4．1．1 轮胎磨损量的评价

4．1．2 稳态侧偏工况下轮胎磨损特性分析

4．1．3 外倾角对轮胎磨损的影响分析

4．1．4 前束角对轮胎磨损的影响分析

4．2 扭力梁悬架的运动特性分析

4．2．1 外倾角变化特性

4．2．2 前束角变化特性

4．3 扭力梁悬架运动特性多目标优化设计

4．3．1 ADAMS／Insight试验优化设计概述

4．3．2 硬点位置对扭力梁悬架运动特性的影响分析

4．3．3 扭力梁悬架硬点坐标优化设计

4．3．4 优化前后扭力梁悬架运动特性仿真对比

4．4 本章小结

第五章 悬架-轮胎-胎面自激振动系统建模与分析

5．1 扭力梁后悬架受力特性分析

5．2 悬架-轮胎-胎面多体模型的建立

5．2．1 胎面-路面摩擦振动模型

5．2．2 悬架-轮胎-胎面自激振动模型建立

5．3 系统自激振动特性仿真分析

5．4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 论文创新点

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况