线控全方位转向四轮驱动电动汽车的独立悬架

1、第28卷第2期2011年2月JOURNALOFMACHINEDESIGN机械设计Vol28No2Feb2011线控全方位转向四轮驱动电动汽车的独立悬架邓志君，董铸荣（深圳职业技术学院汽车与交通学院，广东深圳518055）*摘要：设计了一种用于线控全方位独立转向四轮驱动电动汽车的独立悬架，该悬架采用双横臂、扭杆弹簧结构，具有简单紧凑、转向灵活、且承受载荷能力较强的特点。建立了悬架导向机构的几何模型及数学描述，借助Matlab软件计算悬架的运动轨迹，确定了悬架导向机构的参数，制造出的样机符合设计要求。关键词：电动汽车；线控四轮转向；双横臂悬架；导向机构中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：

2、10012354（2011）020077041线控全方位独立转向四轮驱动电动汽车采用4个轮毂电机独立驱动，电子差速，同时采用4个电机独主销10下端通过球铰13与下上端连接（花键连接），横臂1的一端连接，下横臂1另一端与下固定转动绞17连接，主销10上部套在主销套筒7里，主销套筒7下端通过推力轴承9支撑在主销10上，主销10中部设有孔并通过孔与轮毂电机轴11的一端连接，轮毂电机轴11的另一端是带外转子轮毂电机的车轮12，减速器6是蜗杆减速器，具有机械自锁作用，它安装在主销套筒7上端，转向角传感器19外壳固定在减速器6上，其转轴与主销10顶部连接，主销套筒7中部通过销8与上横臂3一端连接，上横臂3

3、的另一端与固定其上转动绞18连接。减振器4下端与下横臂1连接，端与车架2连接。扭杆弹簧15一端上的花键穿入扭杆弹簧摆臂16的内花键孔中，扭杆弹簧摆臂16与下横臂1连接，扭杆弹簧15另一端与车身高度调整机构14连接。立控制4个车轮全方位转向；无传统汽车的变速箱、传动轴、驱动桥等复杂机械传动部件，传动效率高；在转取消传统的转向梯形机构，采用电机控制的线控向上，4个车轮都能够进行大角度转向，除了实现转向系统，传统四轮转向汽车的正向偏转和逆向偏转外，还可以进行车辆的原地转向（即0转弯半径）和横向移动，极大提高汽车的灵活性。文中提出的悬架结构是适用该类电动汽车的新型独立悬架。采用该悬架生产的电动工厂码头

4、的搬运车及旅游景汽车可作为小型巡逻车、点的观光车等。四轮独立驱动独立转向电动汽车是电动汽车发展目前日本已经出现该种类型的概念的一个重要方向，车，可以实现原地转向，但车轮转向角有限，不能够做横向移动，灵活性稍差。国内对该类电动汽车已有研2究，文献提出的全方位线控四轮转向电动汽车，具有4个车轮独立驱动，独立完成180°全方位转向的功能，但是存在结构相对复杂，对加工的精确度要求很高，且承载能力较弱的缺点。采用文中所提出的独立克服现有技术的不足，具有结构简单悬架的电动汽车，紧凑、转向灵活、且承受载荷能力较强等特点。图1独立悬架在汽车纵向的视图1新型独立悬架的结构设计所设计的线控全方位转向四轮

5、驱动电动汽车的独立悬架采用双横臂、扭杆弹簧结构。如图1和图2所示，它包括下横臂1、上横臂3、减振器4、转向电机5、减速器6、主销套筒7、主销10、车轮12、扭杆弹簧15等部件。其中转向电机5通过减速器6与主销10的图2独立悬架在汽车垂向的视图作者简介：邓志君（1979），男，广东河源人，讲师，硕士研究生，。78机械设计第28卷第2期汽车行驶时，汽车驾驶室转向盘（或用转向手杆微型计算机代替）的转向输入信号传给微型计算机，经过运算处理，向控制车轮转向的转向电机5发出转向角位移信号，驱动转向电机5旋转，经减速器6、主安装于减速销10带动车轮12绕主销10做转向运动，器6上的转向角传感器19可检测车轮

6、转向角位移，并实现车轮12独立转向的角位反馈至计算机控制系统，移闭环控制。如果发现主销10的转角与需要达到的转角存在较大的偏差，计算机就会发出警告信号，并且停车，以免发生行车事故。由于主销10通过主销套筒7与上横臂3连接，通过球铰13与下横臂1连接，使车轮悬架机构的上下跳动不会对独立转向及转向角的准确控制造成影响。四轮驱动电动汽车的前后轮均可采用结构相同的该装置，通过计算机主控制器对转向及驱动的协同控制，使其具有全方位独立转向，实现除一般转向行驶外的原地转向、横向行驶、同向偏转、逆向偏转等功能，如图3所示。下横臂1、上横臂3采用直角三角形结构，既保证有足够的机械强度，又有足够的空间使车轮完成大

7、如图4所示，上（下）横臂20与车轮21分别角度转动，b所示的相对位置时，处于图4a，车辆可以完成原地转向、横向行使。的所有作用力和力矩，并且决定了悬架跳动时车轮的运动轨迹和车轮定位角的变化。一般前悬架对导向机构的要求有：悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过±40mm，轮距变化会引起轮胎早期磨损；悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性；为了使车身倾斜限制在允许范围内，侧倾中心应尽可能前悬架一般取0120mm；导向机构还要有足够的高，强度等。21导向机构的几何模型及数学描述因为所研究的悬架是通过转向电机直接控制车轮的转向，不需要悬架产生回正力矩，为了减少转向电机的转向力矩，以及

8、减小轮胎和路面间的摩擦，所以主销的后倾角、内倾角尽可能小。因为车身载荷的变化或轮胎的跳动会改变主销的内倾角及车轮的外倾角，所以尽可能保证主销的角度变化在较小的范围内，一般车轮的前束由转向电机来控制。在±1°内，欲设计理想的悬架导向机构，必须对悬架的运动规律进行分析，可以采用空间解析几何的方法分析双5横臂独立悬架的运动规律。所研究的悬架导向机构可以简化为如图5所示的平面几何模型。34（a）原地转向（b）横向行驶（c）同向偏转（d）逆向偏转图3四轮独立转向功能O下横臂与车身的铰接点及坐标原点；A下横臂与主销的D上横臂两端的铰接点；E车轮中心；铰接点；B，F轮毂电机轴与主销的连接

9、点；C轮胎接地中心点图5悬架导向机构几何模型以O点作为坐标系原点，汽车横向为x轴方向，垂yA）点的运动轨迹为：向为y轴方向。则A（xA，图4车轮大角度转向22x2A+yA=LOA（1）22车辆在行驶时转向力矩较小，但是在停止时的转向力矩较大，所以在原地转向时，车轮12不做驱动转动时需要的转向力矩要大一些，如果转向力矩过大而造成转向困难，计算机可以向车轮的轮毂电机发出驱动信号，使车轮12略加转动，以减小转向力矩。B（xB，yB）点的运动轨迹可由方程（2）确定：（xBxA）（xBxD）（xExA）（xExB）（xCxA）（xCB22+（yByA）+（yByD）+（yEyA）+（yEyB）+（yCy

10、A）CB）=L2AB=L2BD=L2AE=LBE（2）E（xE，yE）点的运动轨迹可由方程（3）确定：2222（3）2悬架导向机构的设计C（xC，yC）点的运动轨迹可由方程（4）确定：222=L2AC=2BC（4）2011年2月邓志君，等：线控全方位转向四轮驱动电动汽车的独立悬架79则主销内倾角为：=arctan（xAxB）yByA196mm，样机实验值为0095mm，主销内倾角的（5）理论计算值为0026°，样机实验值为007°0.60°，由于模型精确程度，制造及测量等的因素，实验值与计算值存在一定的误差，但不管是理论计算值，还是样机实验值都满足设计要求。另外，

11、悬架在满载时的侧倾中心为0mm。轮胎横向位移量：B=xCxCO间的长度；xCO悬架静态时C点的x坐标。（6）LAB，LBD，LAE，LBE，LAC，LBCO，A，B，C，D，E，F各点式中：LOA，以下横臂转角作为系统输入，则A点的坐标为：22xA=LOAcosyA=LOAsin（7）联合式（1）式（7）可以解得系统各点的坐标，且可以计算出独立悬架在车轮跳动时的主销内倾角及轮胎横向位移量的变化情况。悬架导向机构的参数确定由于上、下横臂均采用直角三角结构，角度的大小图6车轮横向位移与车轮跳动量的关系图7主销内倾角与车轮跳动量的关系应保证有足够的空间给车轮进行大角度转向，同时又使横臂具有足够的强度

12、。上、下横臂在横向（x向）的长下跳动时车轮的定位参数影响很大。考虑度对车轮上、到车身的内部空间布置及为了得到理想的悬架运动特性，一般设计成上横臂短，下横臂长。该悬架适用于小型电动汽车，受到车身宽度、地板高度、最小离地间隙、车轮的尺寸、上下横臂的宽度等因素的限制，所选车轮可以先确定下横臂的横向长度LOA、主销长度LAB、车轮A的离地高度、轮胎半径LEC，中心与主销的距离LEF、LBE，LAC，LBC。并可以求出LAE，最后D点的坐标位置、选悬架的运动特性及侧择关系到上横臂的长度和位置，倾中心。yD）设定一个范围，可以根据设计要求给D（xD，借6助具有强大运算功能的Matlab软件编写程序来计算，

13、寻找合适的D点坐标。3结论设计了一种用于线控全方位独立转向四轮驱动电动汽车的独立悬架，该悬架采用双横臂、扭杆弹簧结构，具有简单紧凑、转向灵活、且承受载荷能力较强的特点。建立了悬架导向机构的几何模型及数学描述，借确定了悬架导向助Matlab软件计算悬架的运动轨迹，机构的参数。制造出的样机，符合设计要求。参考文献1董铸荣，贺萍，邱浩，等各轮独立转向及驱动的电动汽车及其转向与驱动控制方法：中国，2009103103102P2009112423456卓桂荣，陈辛波，余卓平，等全方位线控四轮转向电动J机械设计，2005，22（2）：2931汽车设计M北京：机械工业出版社，2000王望予汽车设计M北京：清

14、华大学出版社，2001刘惟信汽车设计汽车胡宁，郑东黎双横臂独立悬架运动学分析J1998，20（6）：362366工程，EdwardmagrabBMATLAB原理与工程应用M高会2002生，译北京：电子工业出版社，Independentsuspensionofawirecontrolledomnidirec-tionalsteeringfour-wheeldrivenelectriccarDENGZhi-jun，DONGZhu-rong（AutomotiveandTransportationEngineeringofShenzhenPoly-technic，Shenzhen518055，Chin

15、a）：所设计的悬架导向机构参数如表1所示。表1悬架的设计参数取值31026017010070220mm参数名称下横臂的横向长度LOA上横臂的横向长度LBD主销长度LAB车轮中心与主销的距离LEF轮毂电机轴与A的距离LAF轮胎半径LEC23实验比较所设计的悬架导向结构已经制造出样机，将理论计算值和样机实验结果进行比较。悬架在满载时下横第28卷第2期2011年2月JOURNALOFMACHINEDESIGN机械设计Vol28No2Feb2011通用小型汽油机进排气系统试验台设计与应用刘胜吉，张振宁，王建，贾和坤（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）*摘要：针对国内通用小型汽油机生产中

16、出现的问题，为提高汽油机进排气系统的流通能力和降低整机排放，设计了用于通用小型汽油机进排气系统的稳流试验台，对稳流试验台用于汽油机的研究、零部件检验和整机质量控制的功能做了介绍，以1P68F汽油机为例，对汽油机的进排气系统进行了初步稳流试验，对试验结果进行了分析，结果表明通用小型汽油机进排气系统零部件流动性能普遍较差。按内燃机流动特性进行优化设计、处理好压铸件工艺要求与流通性能的矛盾，改进通用小型汽油机进排气系统零部件质量，能提高我国通用小型汽油机的性能和产品技术水平。关键词：通用小型汽油机；进气；排气；稳流试验台；流动特性中图分类号：TK4113文献标识码：A文章编号：10012354（20

17、11）02008004通用小型汽油机是指除车用、航空及其他特殊用途以外的小功率非道路用火花点火发动机，其功率国1内一般在30kW以下，欧美在19kW以内。目前，我国生产的通用小型汽油机主要是销往国外，这些国此外试验台还可对汽油机各个零部件进行专项研究，提高零部件的质量，从而来提高小型汽油机的性能和质量。111汽油机进排气系统试验台的设计原理结构设计及试验原理对环保、家对进口的通用小型汽油机的性能要求较高，安全等相关性能都提出了严格的技术法规。近年来我国通用小型汽油机的产量大幅度的增长，产品的技术进步也非常快，但是这些却不能掩盖国内通用小型汽油机行业的一些技术难题。通用小型汽油机样机的排放经调试

18、都可取得较低的数值，但批量生产通用小型汽油机的整机排放值差异较大，文中研究表明主要因素是汽油机进气系统零件性能差异大，造成汽油机油气混合浓度变化，而国内目前对小型汽油机进排气系以往的研究主要是针对柴油机。统这一领域研究甚少，为此，文中设计了一台用于通用小型汽油机进排气系统的稳流试验台，通过试验和检验气缸盖的进排气道、空气滤清器和消声器的质量来控制汽油机进气量变化，减少汽油机过量空气系数的波动，从而使汽油机排保证汽油机性能稳定。放性能和动力性能变化减小，omnidirectionalsteeringfour-wheeldrivenelectriccarwasdesignedThesuspensionadoptsdoubletransversearmsandtorsionbarstructureandisfeaturedwithsimpleandcompactstructure，flexiblesteering，andstrongerabilitytowithstandloadGeometricmodelofthesuspensionguidingmechanismanditsmathematicaldescriptionwasbuiltThetrajectoryofthesuspensionguidingmechanismwascalculatedbyusingMatlab已有的