轮毂电机驱动车辆悬架系统设计及优化

轮毂电机驱动车辆悬架系统设计及优化引言本文介绍了轮毅电机式驱动车辆的发展历史和发展现状，针对高校自主开发的电动汽车实体平台的特点，以及传统悬架的自身优势，选取麦弗逊悬架作为匹配对象，进行虚拟样机模型的建立，并进行仿真分析及优化，进而在此基础之上完成整车模型的创建，进行整车操纵稳定性和平顺性的试验仿真，得到试验结果并进行评价。本文结介国外的最新的科技，全而的介绍了电动轮悬架系统与电动轮本身高度结介的主动轮技术，这是未来悬架的发展方向。在本文中，首先，根据悬架各部件之间的相对位置，在ADAMS\Ca:中建立麦弗逊前悬架的虚拟样机模型，并对其进行了双轮同向激振仿真运动学仿真，分析得到悬架参数的变化规律;其次，利用ADAMS\Insight模块对原始悬架模型进行结构优化，根据仿真结果确定悬架系统更为介理的结构;再次，根据实车参数建立整车虚拟样机模型，并进行进行转向盘转角阶跃输入试验、转向盘转角脉冲输入试验、稳态回转试验和蛇行试验四项车辆操纵稳定性试验仿真，以及汽车三角凸块脉冲输入平顺性试验仿真;最后对仿真结果进行评价。关键词:轮毅电机式电动轮；麦弗逊悬架；优化；操纵稳定性；凡顺性一、论文背景和意义1.1.1论文背景近年来，随着科技的不断发展和人民生活水平的提高，汽车在作为传统的代步工具越来越多的融入人们生活的同时，也从一个侧面反映了国家的工业水平和科技水平，成为衡量一个国家的发达程度的重要标志。在当今经济危机愈演愈烈，世界经济陷入低谷难以自拔的时刻，汽车工业因其自身与上下游诸多工业联系广泛的特点，在成为首当其冲的对象之后，有责任和能力带领其它实体工业走出困境。而在世界能源危机愈演愈烈，全球生态环境日益恶化以及汽车保有量不断增加的背景之下，如何能够使整个逆势反弹、转危为安，技术创新是必不可少的动力之一。在此背景之下，世界各国及各大汽车公司将新能源汽车作为技术研发的重点，而其中具有不依赖传统燃料、高效率、低污染等特点的电动汽车成为了各大厂商技术攻关的重中之重。当前电动汽车的驱动方案主要有两种:差速半轴方案和电动轮方案。其中电动轮方案以其高度集成化、轻质量、高效率的优势，成为了作为未来最具市场潜力和竞争力的结构方案。1.1.2研究意义电动轮技术，尤其是轮毅电机驱动的电动轮技术，使整车本身具有很多传统车辆无法比拟的优势。由于取消了离合器、变速器、传动轴、差速器等部件，底盘结构大为简化，整车质量减轻，各车轮通过电机的独立控制，无论加速还是减速，响应速度快且容易测量，并且其工作噪声极低，零污染的特点很好了迎合了未来环保科技的潮流。但由于电动轮结构的特殊性，以及主动悬架技术的尚不成熟，电动汽车大多选择可靠的传统悬架结构与其匹配，新技术与老结构的融合，势必会给悬架本身的定位和整车的操纵稳定性和平顺性等性能带来改变。二、结论本文以课题组轮毅式电动汽车实体平台为蓝本，采用传统的麦弗逊悬架结构进行虚拟样机的建模并优化，完成整车的操纵稳定性和平顺性分析，得到仿真数据为电动轮汽车研究的深入提供支持，为将来科研工作的进一步开展打下夯实的基础。轮毅电机式电动轮独立驱动电动汽车被普遍认为是电动汽车未来发展的方向，其同步甚至领先于当今全球电动汽车研发及其产业化的进程。由于自身令人瞩目的应用前景，受到学术界和工程界的一致推崇和高度关注。本文系统地而全面的阐述了轮毅电机式电动轮的发展历史和发展现状，针对当今设计中电动轮大多匹配传统悬架的现状，基于高校自主开发的电动汽车实体平台，选取了适合的悬架类型，利用ADAMS软件进行动力学仿真分析，揭示了与悬架息息相关的车轮定位参数随车轮跳动的变化规律，并对其进行了虚拟样机的结构优化，以得到更完善的空间结构。在此基础上建立了整车仿真模型，进行了整车操纵稳定性和平顺性试验仿真分析并对试验结果进行评价。本文的主要工作内容如下:(1)重点针对轮毅电机式电动轮，阐述了其历史及发展现状，并结合当今的科技前沿，全面的介绍了电动轮悬架系统及电动轮本身的未来发展方向。2)基于ADAMS/Car创建了麦弗逊前悬架模型，并对其进行了双轮同向激振仿真运动学仿真，得到包括四个主要的前轮定位参数、主销偏距、侧倾角刚度、轮距等参数随车轮跳动的变化规律，并利用Insight模块选取若干硬点，进行结构优化，以得到更为合理的结果。3)建立包括前后悬架、转向系、轮胎、车身等在内的整车虚拟样机动力学仿真分析模型，进行转向盘转角阶跃输入试验、转向盘转角脉冲输入试验、稳态回转试验和蛇行试验四项车辆操纵稳定性试验，以及汽车三角凸块脉冲输入平顺性试验，得到一系列试验结果图线数据，并对其进行评价。三、附录参考文献[1]潘筱，刘永，杨爱军.ADAMS在汽车动力学仿真中的应用研究[[J].轻型汽车技术，2006(10)[2]孙中辉，孙中红，郭彦颖，李幼德.车辆悬架系统数学模型改进及仿真研究【J].系统仿真学报，2008(3):720一728[3]于海峰.基于ADAMS/Car的悬架系统对操纵稳定性影响的仿真试验研究.大连理工大学硕士论文，2007[4]于海波，李幼德，门玉琢，邓阳庆.双横臂独立悬架ADAMS建模及运动特性分析【J].汽车技术，2007(3):5-8[5]刘虹，王其东.基于ADAMS双横臂独立悬架的运动学仿真分析.合肥一r.业大学学报(自然科学版)，2007(1):57一59[6]明巧红，钟绍华.基于ADAMS的双横臂独立悬架的优化设计[[J].专用汽车，2008(10):56-59[7]陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术(第1版).北京:北京理工大学出版社，2002.1-93[8]李莉.基于ADAMS/Car的某轿车平顺性仿真分析与改进.吉林大学硕士论文，2007[9]郭晓强。基于ADAMS的虚拟仿真技术在汽车中的应用.吉林大学硕士论文，2005[10]方飞.麦弗逊前独立悬架汽车的操纵稳定性研究.武汉理工大学硕士论文，2006[11]毛金明.麦弗逊悬架仿真分析.南京林业大学硕士论文，2003[12]李臣，司景萍.基于ADAMS/Car的麦弗逊悬架建模与仿真[[J].公路与汽运，2007(3):8-10[13]刘进伟，吴志新，徐达.基于ADAMS/Car的麦弗逊悬架优化设计[[J].农业装备与车辆工程，2006(9):34-38[14]汤静，高翔，路丹.基于ADAMS/Car的麦弗逊前悬架优化研究[[J]，计算机辅助工程，2004(3):28一32[15]中华人民共和国国家标准，汽车操纵稳定性试验方法蛇形试验，GB/T6323.1-1994[16]中华人民共和国国家标准，汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验(转向盘转角阶跃输人)，GB/T6323.2一1994[17]中华人民共和国国家标准，汽车操纵稳定性试验方法转向瞬态响应试验(转向盘转角脉冲输入)，GB/T6323.3-1994[18]中华人民共和国国家标准，汽车操纵稳定性试验方法稳态回转试验，GBIT6323.6-1994[19]中华人民共和国国家标准，汽车操纵稳定性指标限值与评价方法，QC/T480-1999[20]顾云青，张立军.电动汽车电动轮驱动系统开发现状与趋势[[J].汽车研究与开发，2004(12):2723[21]陈俊，MSC.ADAMS技术与_I.程分析实例，中国水利水电出版社[22]张立军、段敏、何辉.汽车前后悬架固有频率的匹配研究.汽车一工程，19986(3)[23]赵振东，雷雨成.橡胶元件在汽车悬架中的应用分析[[J].汽车技术，2006(1):19^-23[24]陈加国.前轮定位参数及其动态变化对汽车操稳性能的影响[[J].机械设计与制造，2004(1):115一116.[25]王连明.汽车平顺性建模及其仿真研究.哈尔滨工业大学学报，1998(10)[26』刘俊.电动汽车电动轮驱动技术仿真研究.吉林大学硕士论文，2006[27]王康.电动汽车电动轮驱动系统控制技术的研究.武汉理工大学硕士论文，2007[28]杨树凯.橡胶衬套对悬架弹性运动与整车转向特性影响的研究.吉林大学硕士论文，2008[29]MichelinCompanyMICHELINACTIVEWHEEL2008ParisMotorShowPressKit,2008[30]MichelinCompanyBibendumForum&RallyPressKit,June2005[31]M.Terashima,T.Ashikaga,T.Mizuno,etal.NovelMotorsandControllersforHigh-PerformanceElectricVehiclewithFourIn-WheelMotors:IndustrialElectronics,IEEETransactions,1997:Volume44,Issue1，28一38[32]MuzechukRichardAHydraulicMounts-ImprorvedEngineIsolation.SAETrans.840410[33]ClarkM.HydraulicEngineMountIsolation.SAETrans.851650[34]KatsuhikoIijima,KazuoItami.ElectricWheelDrive.UnitedStatesPatent,No.4799564,Jan.24,1989[35]ShiroMatsugaura,KiyomotoKawakami,HiroshiShimizu.EvaluationofPerformancesfortheIn-WheeiDriveSystemfortheNewConceptElectricVehicle“KAZ:Proceedingsofthel9thinternationalElectricVehicleSymposium.Busan}Korea.2002[36]MutsumiKawamoto,HidemitsuInagaki,SatoruTanaka.MotorDrivingDeviceProvidedwithDeceleratorandElectricVehicle.UnitedStatesPatent,No.5014800,May14,1991[37]HiroshiShimizu,KiyomotoKawakami,YukoKakizaki,etal.KAZThesuperelectricvehicle:Proceedingsofthe18thInternationalElectricVehicleSymposium.Berlin,Germany.2001[38]KatsuhikoKamiya,JunichiOkuse,KazufumiOoishi,etal.DevelopmentoftheMicroEVCarCOMS:Proceedingsofthe18thInternationalElectricVehicleSymposium.Berlin,Germany.2001[39]PrashantS.Rao,DavidRoccaforteandRonCampbell.DevelopinganADAMSModelofanAutomobileUsingTestData.SAETECHNICALPAPERSERIES2002-01一1567[40]AndrewMiller，TestingaFormulaSAERacecaronaSeven-PosterVehicleDynamicsSimulator.SAETECHNICALPAPERSERIES#2002-01-3309