电动汽车轮毂电机-多连杆悬架参数化设计与优化

2015年12月第44卷第12期机械设计与制造工程MACHINEDESIGNANDMANUFACTURINGENGINEERINGDEC2015V0144NO12DOI103969JISSN2095509X201512006电动汽车轮毂电机一多连杆悬架参数化设计与优化王冬良三江学院机械工程学院，江苏南京210012摘要为了改善轮毂电机驱动式电动汽车的平顺性，基于传统车辆多连杆悬架特点，提出了一种新型的轮毂电机一多连杆悬架系统。首先运用ADAMSCAR虚拟样机仿真软件对悬架进行建模及运动学特性仿真分析，然后运用ADAMSINSI【GHT软件对悬架硬点坐标进行灵敏度分析，研究硬点坐标对运动特性的影响度，并对悬架模型硬点进行优化，实现了轮毂电机一多连杆悬架的优化设计，为电动汽车悬架结构设计和优化提供了依据。关键词轮毂电机；多连杆悬架；参数化设计中图分类号U46文献标志码A文章编号2095509X201512002206悬架是电动汽车的车身与车轮的弹性连接总成。它的运动特性直接关系到车辆的行驶平顺性、操纵稳定性以及轮胎磨损特性等性能。J。电动汽车采用轮毂电机驱动方式，取消了传统车辆的换挡装置、传动轴和差速器等机械装置，使得车辆结构简洁、空间利用率高J。电动汽车采用轮毂电机后会使车辆的非簧载增加，影响车辆的垂向性能，使电动汽车的平顺性下降。为实现轮毂电机驱动式电动汽车非簧载装置的轻量化设计，笔者提出了一种新型的轮毂电机一多连杆悬架系统。1轮毂电机一多连杆悬架模型构建传统车辆的多连杆悬架结构特征是可以自由地吸收并组合其他悬架的优点，经过优化设计之后，就可以对车轮实现全方位的控制，让每根连杆以最合适的角度和最小的支承力来控制车轮，实现导向机构高刚度和车轮定位参数微小变化的完美结合。根据这些特征，笔者在该悬架结构的车轮轮毂内引入轮毂电机，构建了一种新型的轮毂电机一多连杆悬架模型。如图1所示，该模型由上前连杆、上后连杆、下前连杆、下后连杆、斜后连杆、减震器和副车架等组成。在ADAMSCAR中完成电动汽车多连杆悬架模型和悬架实验平台的装配。减震嚣上后连杆上前连杆转向节下后连杆斜后连杆F前连杆图L轮毂电机一多连杆悬架模型模型的建立条件及假设如下1车辆底盘及副车架均为刚性体；2轮毂、转向横拉杆和各连杆均为刚性体；3悬架中各连接部位均为刚性体。模型中悬架的部分硬点坐标见表1。表1悬架模型部分硬点坐标MILL收稿日期20151023基金项目江苏省高校自然科学研究计划资助项目13KJD580001；江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目QC2O13O2作者简介王冬良198O一，男，江苏常州人，三江学院讲师，硕士，主要研究方向为汽车电子控制技术、电动汽车驱动系统。222015年第44卷机械设计与制造工程LTE8TRI口WHEEL_TRAVEL_BACKTMCK1EFTTESTRIGWHEELIVERUCALLEFT一一。_一一_一一，L已堂羞三E8图5前轮轮距变化量随车轮上下跳动的变化曲线一JIRE蝴GCMLLBERANGLE1EFTTESTRIGWHEELTRAVE1VEML|、_、0图6前轮外倾角随车轮上下跳动的变化曲线内倾角会使得轮胎与路面的滑动现象加剧，容易出现转向沉着、轮胎磨损严重的现象。图7所示的内倾角为14。一一23。，其值太小，出现了外倾现象。因此，主销内倾角需要优化。、JIEGMGIDNGPIN_INCLANGLELEFTTESTRIGWNEEI_TMVELVERC,A11EFT、H、，图7主销内倾角随车轮上下跳动的变化曲线图8所示为主销后倾角随车轮上下跳动的变化曲线。主销后倾角较为理想的变化F寺征前轮匕下跳动过程中，其值变化范围为0。一4P。图8所示的主销后倾角为24重琶差358。一98。，过小的主销后倾角将导致车辆转向不稳定，使得车轮出现晃动，加的窘损，易出现杯状化的不正常窘损现象。因此，主销后倾角需要进优化。JLRI一【EB仃IGCASTERANGLELEFTTESTN口WHEEL_TRAVELVERAL_LEFTJLL一一R；JRJJ，R一JJJR一FR。RLJR一JJ_，；F，R。JJLJ一一R一RL。，JJJJL一RRJL图8主销后倾角随车轮上下跳动的变化曲线一PL6UVC暑UII芒一UIL2015年第44卷机械设计与制造工程LMUITLSUSPENSIONTEETRIGWHEELTRAVEITRACKTRACKJEFTWHEELCENTERVERTICALTRAVELVERTICAL_LEFTLIMUMSUSPENSIONCTEATDGWHEEITRAVEITRACKTRACKLEFTWHEELCENTERVEDICALTRALVEDLCALLE。，J，。一，一一一_WHEEITRAVELLENGTHRAMB优化前后前轮距变化量随车轮跳动的变化曲线一MUITISUSPENSION1TESTRIGCAMBERLNGLELEFTWHEELCENTERVERTICALTRAVELVERTICELLEFTLMUITISUSPENSION1CTESTRIGCAMBERICALLL矾_ANGLELEFTWHEECENTERVERTITRAVELVERTICAL、一一、一一T一、，、。、已量羔点器量已蛊8WHEELTRAVELENGTHMMC优化前后前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线LMULTISUSPENSIO1TESTNGKINGPIN_INCLANGLE1EFTWHEELCENTERVERTICALTRAVELVERTICAUEFTLLMULTISUSPENSIONJCTASTRIGIDNGPIN_INCLANGLELEFTWHQELCENTERVERTICALTRAVEVERTICALLEFTJ、一一一一，一，一一一WHEELTRAVELENGTHRAMD优化前后主销内倾角随车轮跳动的变化曲线一一一一一一一一一_、，一一一MUHL8USPENSIO一TEETNGTCASTERANGLELEFTWLLEELCENTERVERTICALTRAVELVERTICALJENL一一。MUSUSPENSIONETEETRIGCASTERANGLELEFTWHEELCENTERVERTICALTRAVELVERTJCALLEFTJ一WHEELTRAVELENGTHRAME优化前后主销后倾角随车轮跳动的变化曲线图L0优化前后悬架运动特性变化曲线通过分析对比图10中各变化曲线后可知，该悬架的运动特性曲线均得到了较大的改善，其曲线的变化趋势及变化范围都符合理想的现代车辆悬架设计要求。优化前后的相关硬点坐标值见表4。5结束语本文中仅对模型仿真的特性曲线进行了分析，侧重于理论研究，在后续研究中应重点关注实车试26表4优化变量优化前后坐标值2015年第L2期王冬良电动汽车轮毂电机一多连杆悬架参数化设计与优化验中悬架上下跳动过程的运动特性曲线。4参考文献1王霄锋汽车底盘设计M北京清华大学出版社，20102余志生汽车理论M北京机械工业出版社，20093BAES，LEEJM，CHUCNAXIOMATICDESIGNOFAUTOMOTIVESUSPENSIONSYSTEMSJCIRPANNALSMANUFACTURINGTECHNOLOGY，2002，51I1151185BAES，LEEJM，CHOIWJAXIOMATICAPPROACHTOTHEKINEMATICDESIGNOFALLAUTOMOTIVESUSPENSIONSYSTEMWITHTHEMCPHERSONSTRUTTYPEJINTERNATIONALJOURNALOFVEHICLEDESIGN，2003，3115871陈辛波，姜宇，许乃文，等一体化单摆臂悬架一同步带传动轮边电驱动系统的设计与分析J机械传动，2013，378606272PARAMETRICDESIGNANDOPTIMIZATIONOFINWHEELMOTORANDMULTILINKSUSPENSIONOFELECTRICVEHICLEWANGDONGLIANGSCHOOLOFMECHANICALENGINEERING，SANJIANGUNIVERSITY，JIANGSUNANJING，210012，CHINAABSTRACTAIMINGATIMPROVINGTHERIDEOFELECTRICVEHICLEEVDRIVENBYINWHEELMOTOR，THISPAPERPROPOSESANEWTYPEOFINWHEELMOTORANDMULTILINKSUSPENSIONSYSTEMWITHTHECOMBINATIONOFFEATURESOFMULTILINKSUSPENSIONINTRADITIONALVEHICLEFIRSTLYMODELINGANDSIMULATINGKINEMATICSWITHADAMSCARVIRTUALSIMULATOR，ITANALYZESTHEKINEMATICSFEATURESOFSUSPENSION，REALIZESSENSITIVITYANALYSISONHARDPOINTCOORDINATESOFSUSPENSIONWITHADAMSINSIGHTSOFTWAREOPTIMIZINGTHEHARDP