2024年4月21日发(作者:)

第5章悬架设计

图5

17外倾角变化曲线

2车轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线

闰518侧向滑移量变化曲线

(2):当优化目标函数是:侧向位移绝对值+2倍外倾角绝对值时

ABS(susp

Sideways

displacement)+360/n+ABS(suspCamber_Angle)

a目标函数的曲线窗口

KO

幽519目标晒数曲线

第5章息架设计

b优化结果

麓!

图520优化结果

戮;您i

c车轮接地点侧向滑移量和车轮外倾角变化前后对比

圈5.21结果前后对比

由此可见,车轮接地点侧向滑移量得到了一定的优化,而且外倾角的变化

也不太大。

d.创建悬架的特性曲线

1车轮外倾角相对于车轮跳动的变化曲线

第5章悬架设计

图5

22外倾角变化曲线

2牟轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线

囝5

23侧向滑移量的变化曲线

(3):当优化目标函数是:侧向位移绝对值+1

5倍外倾角绝对值时

ABS(susp

Sideways

displacement)+240/n‘/a3S(susp.Camber_Angle)

a目标函数的曲线窗口

还圣

酗524目标函数曲线

第5章息架设计

b优化结果

图525优化结果

c车轮接地点侧向滑移量和车轮外倾角变化前后对比

图526优化结果前后对比

由此可见,虽然滑移量得到了很大的优化,但是外倾角的变化过大。

d创建悬架的特性曲线

l车轮外倾角相对于车轮跳动的变化曲线

第5章悬架设计

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图5.27外倾角变化曲线

2.车轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线

图5.28侧向滑移鼍变化曲线

5.3.4悬架模型最终结果

表5.2双横臂悬架模型的优化结果

滑移量加多少外倾角车轮接地点侧向滑移量变化

(mm)

车轮外倾角变化

(o)

。1

.4.5

.1.5

.3.7

未优化前

1/6外倾角

2倍外倾角

1.5倍外倾角

10

0.85

5.4

2.O

对比三种优化函数得到的优化结果,决定选用第三种情况,车轮接地点的侧

第5章悬架设计

向滑移量由初始的lOmm下降到2mm,大大地降低了轮胎的磨损情况:虽然此

时车轮外倾角变化的极限值是-3.7。,但在极限范围之内。

由优化结果可以看出,悬架模型的主销长度为235mm(主销内倾角为oo.

主销后倾角为00),上横臂长183mm,上横臂在汽车横向平面内的倾角为14.40;

下横臂长340mm,下横臂在汽车横向平面的倾角为5.20。

为了可以获得莨好的抗制动纵倾性。并减少驱动桥的起动下沉量,对于后悬

架来说,则后轮的纵倾中心应在在车轮前方,并置于车轮中心上方。因此.我

把悬架的上摆臂在纵向平面水平布置,下摆臂在纵向平面内上仰50。由此引起

的车轮接地点侧向滑移量和外倾角变化很小,但前柬会有一些变化。

图529最终优化结果

最后该双横臂式独立悬架的悬架侧倾中心可由如下作图的方式得到,即将

上、下横臂内外转动点的连线延长,以便得到极点P,并同时获得P点的高度,

将P点与车轮接地点N连接,即可在汽车轴线上获得侧倾中心w。由此可知,

该侧倾中心高度在该类悬架中与上横臂在横向平面内的倾角、下横臂在横向平

面内的倾角、主销的长度有关,所以可以通过调节这些参数来达到所要求的侧

倾高度。

第5章悬架设计

图5.30侧倾中心

5.4双横臂独立悬架的受力分析

双横臂独立悬架系统的弹性元件可采用螺旋弹簧或扭杆弹簧,阻尼元件常

用筒式减振器。根据整车结构布置,弹簧和阻尼元件通常安装于下横臂与车架

(车身)之间,但也有安装于上横臂与车架(车身)之间的情形。因此,导向

机构各构件及各连接铰点的受力大小与方向,与弹簧元件的类型和安装位置密

切相关。

5.4.1弹簧减振器布置在下横臂

图5.3l减振器下置的双横臂悬架

如果在电动轮中,驱动电机伸出轮辋的长度较小,给悬架的布置留出了足

够空间的话,完全可以使用下置的螺旋弹簧和下置的减震器,降低了悬架的高

度,避免了将向上垂直力直接传给汽车翼子板的内衬板。

建立以下横臂固定铰链中心D为原点,水平横向为Y轴、垂直方向为Z轴

的坐标系D.),z,用Ot、B、‘和(p分别表示上横臂AB、下横臂CD、转向主销BC

和减震器轴线lU与y轴的央角,取逆时针方向为正。其中,A、D分别为上、

下横臂与车架联接的铰销中心,B、C分别为转向主销BC与上、下横臂联接的

52

第5章悬架设计

球铰中心,车轮接地点为P,弹簧和减震器重合。

机构主要结构参数如下:

上横臂AB=183mm,转向主销BC=235mm,下横臂CD=320mm,BE=1

05mm,

DJ=230mm;车轮半径为r=260mm,轮胎宽度b=145mm,单轮满载簧载质量为

m=200kg;固定铰点A的位置坐标,ZA=249.7,yA=161.35;点K的坐标为:

zK=200mm,yK=200mm,上横臂摆角范围.3肚150,满载位置取a=-14.40。

由于本文主要分析不同上横臂摆角所对应位置处的(亦可理解为不同负载

状况下)球铰受力状况,即属于静力分析。因此减震器无相对滑动,不产生阻

尼力,这种情形下,若不计摩擦力的影响,则上横臂只在A、B两点受力,可视

为二力杆,即球铰B处的反力FB应沿AB方向,它与地面反力F的力作用线相交

于G点,如图所示。按三力汇交于一点的力平衡关系,下横臂CD通过球铰C

作用于转向节CB的力F。应沿CG连线方向。

只:—F(sin8-c—os8tanor)

,B

F—F(sin8一cos8tan8c)

2————————:——■■—一

COs口tallDc—sin口

(5.4)

cos8ctanct—sin8c

(5.5)

使用同济大学汽车学院的双横臂独立悬架受力及刚度阻尼特性非线性分析

辅助软件【29】,进行计算后的结果如下图:

第5章悬架设计

图5

32双横臂独立息架受力及刚度阻尼特性1隘性分析辅助软件

悬架上下跳动时,机构各参数的变化情况如图5

33。

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幽533软卅-优化后备机构参数

第5章恳架设计

Cl

图5.34下横臂的受力分析

上图为弹簧处于平衡位置时和处于最大压缩量时下摆臂的受力情况,对D

点取矩,列力矩平衡方程:

只×DJxsin(1800一缈一50)=FoxDCxsin(6c一1800+50)

(5.6)

由上面的分析程序可以得到:单轮弹簧刚度k,.=17173N/m,减振器阻尼系

数C,=1

152.468N/m/s。

(1)处于平衡位置,将q)=1040,8。=252.70,Fc=1881.1N带入上式,得到

E,=2704.44N,弹簧减振器的长度厶=223.69ram。

(2)处于最大压缩量,由上图,车轮上跳到最高点时,即当下摆臂D=11.40

的时候,弹簧减振器长度厶=156.62mm,瓦2=‘l+K5×(厶・L2)=3853.82N。

在垂直力最大工况,即车轮上跳幅度最大工况,车轮与路面冲击时发生垂

直动载荷,地面垂直反力F:最大出现在上压至极限位置,相应的Fc达到最大值。

此时不计纵向力和侧向力,则单轮最大垂直力F=2754.9N,螺旋弹簧力

疋=3853.82N。

5.4.2将弹簧减振器布置在上横臂时

当电动轮的驱动电机伸出轮辋的体积较大,不便于弹簧减震器的安装时可

以布置在上横臂上。按比例画出上述导向机构的运动简图:

第5章悬架设计

36般横臀恳架的ADAMS模璎

麻H{kif4i建立的adams模型,当单个车轮承受的簧载质最为200kg时,得

到各铰接点A、B、C、D、J的受力情况。

’车轮上F跳动时

第5章悬架设计

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闺537异铰接点的受力

山仿真结果可知,铰接点A、B、C、D的作用力相差不大,而弹簧减震器和

上横臂的铰接点J处的作用力比较大。

5小结

本章使用ADAMS/View创建汽车的双横臂式独立后悬架模型,并对之进行

运动学的分析,以此确定了较好的悬架设计参数。在这个方案中,为了减轻轮

胎的磨损和得到良好的车轮接地性,选择车轮接地点侧向滑移量的绝对值和车

轮外倾角的绝对值作为目标函数,通过对主销K度、L横臂K度、E横臂在汽

车横向平面的倾角、下横臂长度和下横臂在汽车横向平面的倾角的优化分析,

减小车轮接地点侧向滑移量的绝对值和车轮外倾角的绝对值。通过对双横臂悬

架的受力分析.了解悬架各铰接点的受力情况,有助于以后选择合适的球铰。

第6章结论与展望

第6章结论与展望

6.1结论

本文对微型电动汽车的高速内转子型轮边驱动系统做了分析和研究,希望簧

下质量不至于太大,搭配合适的悬架,来达到更好的汽车操纵稳定性以及平顺

性等要求。本文具体是通过结构一体化设计,在有限的轮辋空间内,根据不同

的悬架结构,提出结构紧凑、高效传动、集轮毂电机、制动器乃至轮边减速器

为一体的轮边驱动系统模块。通过对多种具体的改造方案并进行比较,得出较

适合的轮边驱动系统结构,使系统具有较大的调速范围和输出转矩,充分发挥

驱动电机的调速特性,适合现代高性能电动汽车的运行要求。

本文的主要成果可归纳为以下几点:

(1)本论文对轮边驱动系统不同类型的各子系统性能和机构等方面进行分

析与比较,得出一种比较实用的机构方案。此方案的轮边驱动系统主要是将各

类合适的电机、减速装置、悬架、制动器和轮毂轴承一体化设计,简化不必要

的部件,使结构经凑,适应现代高性能电动汽车的运行要求。

(2)现有的内转子型轮毂电机由于电机在车身内侧外伸过长,未能充分集

中到轮辋内部。本论文方案设计把减速器也放到轮辋里面,缩减内转子型电动

轮在车身内侧轴向和径向的尺寸,希望能使结构更紧凑,以便于悬架的布置,

给车身内部留出更多的空间。其中,轮边减速器具有较高的减速比,能充分发

挥现有高速电机的优势;而制动盘可以重新设计满足电动轮的内部空间要求,

以使结构紧凑。在本方案中采用轮毂轴承单元,不仅可以简化结构,而且相对

于传统的一对滚动轴承能减轻重量。

(3)本方案采用的轮边减速器具有较高的减速比,能充分发挥现有高速电

机的优势,这种电动轮允许电动机在高速下运行,通常电动机的最高转速设计在

6000

r/min左右,能够获得较高的比功率。NW型行星齿轮传动具有传动比较大、

结构要求紧凑、外廓尺寸较小、重量轻,传动效率较高等优点,还是非产适合

轮边驱动系统的使用。

(4)论文使用ADAMS/View创建汽车的双横臂式独立后悬架模型,并对

之进行运动学的分析,以此确定了满足使用要求的悬架设计参数。为了减轻轮

58

第6章结论与展望

胎的磨损和得到良好的车轮接地性,本文选择车轮接地点侧向滑移量的绝对值

和车轮外倾角的绝对值作为目标函数,通过对主销长度、上横臂长度、上横臂

在汽车横向平面的倾角、下横臂长度和下横臂在汽车横向平面的倾角的优化分

析,减小车轮接地点侧向滑移量的绝对值和车轮外倾角的绝对值。通过对双横

臂悬架的受力分析,了解悬架各铰接点的受力情况,有助于以后选择合适的球

铰。

6.2进一步工作的方向

本文的研究取得了一定的结果,对今后开发电动轮直接驱动型电动汽车的

底盘系统提供了一定的参考,但是由于本人专业水平有限且时间仓促,研究中

难免存在一些不完善之处。

在当前工作的基础上,今后可以在以下方面继续展开工作:

(1)对现有的轮毂电机进行更深一步的研究,提高电机效率的同时,尽量

缩小体积和重量,希望能得到更适合电动汽车的驱动电机。

(2)继续进行轮边驱动系统的一体化设计,减少不必要的零件,使结构更

紧凑,以便于悬架的布置,给车身内部留出更多的空间。

(3)希望得到满足使用条件的具有较大减速比而体积较小的轮边减速器,

来充分发挥高速电机的优势,并配合高性能的悬架,使现有的轮边驱动系统有

更好的动力性和平顺性。

59

致谢

致谢

在论文即将落笔之时,我愿意在此对指导和帮助我完成论文的老师和朋

友们表达由衷的感激之情。首先,向尊敬的李晏副教授、陈辛波教授表达我

的敬意。在我整个攻读硕士研究生学位期间,无论是在生活上,还是在学习

研究上,两位老师都给我了无微不至的关怀和帮助,他们高深的学术造诣为

我的学习提供了知识宝库,他们严谨的治学态度和孜孜不倦的学术追求精神

是我一直学习的榜样,他们的教诲和鼓励帮助我建立了克服困难的信心.

在论文写作期间,很多同学给了我无私的帮助,在此非常感谢。

我还要特别感谢我的家人,他们给我的难以回报的关心和支持,使我能

顺利完成了学业,他们是我奋斗的不竭动力之源。

最后衷心地感谢在百忙中抽出时间来为我审阅论文的各位专家。

2009年3月

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个人简历

个人简历

个人简历:

在读期间发表的学术论文与研究成果

江先宝,男,1984年11月生。

2006年7月毕业于长沙中南大学机械制造设计及其自动化专业获工学学士学位。

2006年9月入同济人学机械I下程学院攻读硕士研究生。

已发表论文:

[1]江先宝.轮边驱动系统结构方案集成设计.机械设计增刊,2008,V01.25:125~127

63