电动车双纵臂悬架—轮边驱动系统的设计与研究

1、同济大学汽车学院硕士学位论文电动车双纵臂悬架轮边驱动系统的设计与研究姓名：薛松申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：陈辛波20090301摘要摘要随着能源危机的日益严重以及人们环保意识的不断增强，研究开发清洁、节能和安全的汽车成为汽车工业发展的方向。其中电动汽车具有行驶过程中零排放、能源利用多元化和高效化以及方便实现智能化等优点，使之成为新型汽车研发的重点之一。电动汽车根据电动机驱动车轮方式的不同可以分为集中电机驱动形式与电动轮驱动形式。相比较集中电机驱动，电动轮驱动控制方便、结构紧凑，但电动轮的轮边机构结构复杂，非簧载质量大，电机尺寸及质量受到很大限制。鉴于集中电机驱动形式与电动轮驱动形

2、式的明显不足，本文开发了一种新型电动车双纵臂悬架轮边驱动系统。该系统将双纵臂悬架特殊的平行四边形运动机理与电动车轮边驱动相结合，采用无声齿形链传动。这样既解决了电动轮簧下质量过大的问题，同时保留了电动轮传动的诸多优点。本文首先以模型的动力传递、空间运动为依据，基于建立了双纵臂式悬架轮边驱动的三维模型。接着对具体的结构展开设计，包括电机的选型、传动方案的确定、悬架结构及弹簧的设计。最后对连接上、下纵臂的关键零件桥壳进行结构受力分析、仿真。结论中，对进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：双纵臂悬架，轮边驱动，无声齿形链，有限元、聃，一，：，同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论

3、文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位敝储签名：确。卢弓胁日学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有

4、权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者躲研节年月珈日第章引言第章引言课题的来源和背景日益严重的石油危机与人们环保意识的加强，对汽车工业的发展提出了极为严峻的挑战。为了汽车工业的可持续发展，以开发和推广电动车，多种代用燃料汽车为主要内容的”绿色汽车”工程已在世界范围内展开。世界各大汽车公司争相研制各种新型的无污染环保车，力图使自己生产的汽车达到或接近”零污染”标准。采用电能为驱动设备的电动汽车由于能真正实现”零排放”，而成为各国汽车研发的焦点。电动汽车根据电动机驱动车轮方式的不同可以分为

5、集中电机驱动形式与电动轮驱动形式。集中电机驱动形式动力传递一般须经过减速器，差速器，传动轴，万向节等机械装置传递至驱动轮。这种驱动型式结构复杂，传动效率低，车轮不能独立控制。电动轮驱动形式则将电动机直接安装在驱动轮上，驱动系统和整车结构简洁、可利用空间大、传动效率高，各电动轮的驱动力独立可控，动力学控制更为灵活、方便，有利于提高恶劣路面条件下的行驶性能。电动轮驱动所用电机主要有高速内转子电机和低速外转子电机。高速内转子电机体积小、质量轻、成本低功率密度高，但一般须经行星齿轮减速器减速后将动力传递到车轮上；外转子电机可提供较高转矩直接驱动车轮，机构简单，但它的体积大，质量高，功率密度低。另外电动

6、轮的轮边机构结构复杂，非簧载质量大，电机尺寸及质量受到很大限制。鉴于两种驱动形式的明显不足，本文旨在开发一种全新的电动车驱动形式，它不仅具有电动轮的突出优点，而且能克服电动轮非簧载质量过大的缺点。一种双纵臂悬架的开发成为问题解决的突破口。该悬架的结构特点是：上下两纵臂可设计成平行且等长，那么就形成一个平行四边形机构，这样把电机输出轴与车轮轴分别安装在这个平行四边形的两竖直边的中心位置，在悬架跳动过程中，车轮轴和电机输出轴的距离始终保持不变。电机直接安装在车架上，与车轮轴之间通过带传动或链传动，传动的同时亦可起到减速增扭的作用。这样整个轮边机构结构上简单可靠。新型乜动车双纵臂式悬架轮边驱动结构，

7、发明专利，受理吁：第章引言双纵臂悬架电机独立驱动形式是一种专门针对电动轮非簧载质量过大的问题而展开研究的。轻量化一直是电动轮领域的重要研究方向，另外电动轮的轮边结构，尤其是采用高速内转子电机的电动轮轮边结构往往较为复杂，这就在很大程度限制了电机的体积和质量，进而影响到电机的最大功率和扭矩。双纵臂悬架电机独立驱动的研究开发，使得问题的解决有了全新的思路。电动汽车驱动形式的研究概况从电动汽车的驱动系统近年的发展来看，电动汽车的结构是从类似于内燃机汽车驱动系统逐渐过渡到电动轮驱动系统，如图所示。转攀匠一栅翼型磊熏懈一一。一幽重躺嘲黎图电动汽车驱动系统的布置形式在早期丌发的电动轿车和电动客车上，为了缩

8、短电动汽车的丌发时间，主要集中力量研究和开发电动汽车的电气单元技术装备，充分利用已有内燃机轿车或客车的驱动系统和底盘以及已有的总成来加速电动汽车的开发。因此，世纪七八十年代的电动汽车大多采用的是电动机前置、驱动轴后置、电动机轴与驱动轴相互垂直的驱动形式。在这种驱动系统中，除电气单元技术装备外，依然采用了内燃机汽车的变速箱、驱动轴和差速器等总成，其布置形式如图所示【丌，如今，采用这样电驱动形式的电动汽车比较少。电动机本身具有调速的功能，如果在电动汽车上继续保留内燃机汽车必须使用的变速箱就显得累赘了。为了减轻电动汽车的整车质量，出现了电动机轴与驱动轴相互平行的驱动形式，如图所示。这样的设计能充分利

9、用电动机的调速特性，简化驱动系统的结构，使电动汽车的驱动系统能够更加简化和紧凑。这种驱动系统在电动汽车上可以是电动机前置一驱动轴前置的布置形式，也可以是电动机后置一驱动轴后置的布置形式【。同本丰田汽车公司的电动汽车和同本本阳汽车公司的电动汽车的驱动系统都是采用这种电驱动形式，图是的驱动系统结构图，图是驱动系统的外形图【。此外，美国通用汽车公司纯电动汽车也是采用的这种电驱动形第章引言式。这种驱动形式的优点在于能够很好的和内燃机互换便于将内燃机汽车改装成电动汽车；缺点是没有充分利用电动机可调速的优点。图驱动系统结构图图的驱动系统井型图为了使驱动系统结构更加紧凑，将电动机轴与输出轴同轴布置组成一个整

10、体驱动桥，其布置形式如图所示。这种驱动系统有两种，一种是如图所示的带有机械差速器的同轴式单电动机整体驱动挢，图是德国设计的这种驱动系统的外观图。这种驱动系统淘汰了外啮合圆柱齿轮减速器，采用了行星齿轮减速，所以可以使电动机轴与输出轴保持在同一轴线上，结构更加紧凑。美国福特电动汽车和日本丰田电动汽车都是采用这种电驱动形式。随着电子和信息技术的究飞猛进出现了电子差速器，这使得传统的机械差速器成为多余，随之也出现了另外一种整体驱动桥形式，由双电动机与电控差速器共同组成整体驱动桥驱动系统，同本三菱的混合电动汽车采用了双电动机集成式整体驱动桥驱动形式。这种系统的两个电动机也不一定集成在一起，可以是如图的形

11、式，电动机是固定在底盘上的，输出轴通过万向节和传动轴驱动车轮转动。双电动机的优点是省去了差速器，但是同时又增加了一个电动机和一套减速器，电子控制系统也变的复杂了，质量没有减轻而成本却增大了。冈此积电动机驱动形式没有被广泛采用。电动轮驱动系统，可以靠置在电动汽车的两个前轮、两个后轮或四个车轮的轮毂中，成为前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的电动汽车。电动轮驱动系统一般由驱动电动机、减速机构、制动系统等组成，其结构示意图如图所示。第章引占图整体驱动桥示意图图同轴式单电机整体驱动桥外骺图，“，嚣。蚕。洲图电动轮系统结构示意图目前电动轮用驱动电机也称作轮毂电动机，按形式分为两种：一种采用高速内转子电动机（见

12、图），在电机输出轴与车轮之间加装定减速比的齿轮减速装置来降低车轮转速；另一种采用低速外转子电动机（见图），这种电动机无需任何变速装置直接安装在车轮轮辋上。高速内转子电动机具有体积小、质量轻、成本低以及功率密度高等优点；低速外转子电动机结构简单，但相较前者功率密度较低、体积、重量较大。目前这两种形式的电动机在电动轮上都有所使用。电动轮的驱动电机类型一般多为永磁无刷直流电动机，在该类研究的早期由于制造以及价格等原因，也有一些车轮采用感应交流电动机，不过现今永磁无刷电动机由于其功率密度高、体积小等优点占据了电动轮驱动电机类型主要的市场份额。传统汽车中使用的两类制动器，即盘式制动器和鼓式制动第章引言器

13、在电动轮的制动系统中都有一定的应用。电动轮驱动是当今电动车驱动系统的一个重要发展方向，而且它也具有悠久的历史：早在年设计出了，它由两个装在前轮轮毂上的电机驱动，这辆车被认为是世界上第一辆轮毂电机驱动的汽车；年又设计了一辆在四个轮毅上分别装有一个电动机的电动跑车：而在年英国伦敦电动汽车公司就开始批量生产轮毂电动机后轮驱动电动汽车。目前国外电动轮的研究主要以日本、美国为主，如庆应义塾大学环境信息学部清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去的十几年中，一直以轮毂电机驱动的电动汽车作为理想的研发目标，至今己试制了五种不同形式的样车。其目电动汽车中，年协同东京电力公司共同开发的四座电动汽车，采用电池为动力

14、源，以四个额定功率为，峰值功率达到的外转子永磁轮彀电机驱动，最高时速可达。年，该小组又最新推出了以锂电池为动力源，采用个大功率交流同步轮彀电机独立驱动的电动太轿车（见图）。该车充分利用电动轮驱动系统布置灵活的特点，打破传统在轿车上安装了个车轮，大大增加了该车的动力，从而使该车的最高时速可以达到惊人的。的电动轮系统中采用了高转速、高性能的内转子电动机，其峰值功率可达，大大提高了的极限加速能力，使其一加速时间达到秒。为了使得电动机输出转速符合实际转速要求，的电动轮系统匹配了一个传动比为的行星齿轮减速器。制动系统的前后轮没有采用相同的形式，而是前轮采用盘式，后轮采用鼓式。图为的前、后电动轮系统的结构

15、图。美国通用公司年试制的全新线控四轮驱动燃料电池概念车也是采用电动轮驱动形式的（见图）。法国公司所设计的电动轮结构形式清晰，采用外转子永磁电动机，将电动机转子外壳直接与轮毂相连，将电动第章引言电动轮系统结构圈磕图图一电动轮系统机外壳作为车轮的组成部分，并且电动机转子外壳集成为鼓式制动器的制动鼓，制动蹄片直接作用在电动机外壳上，省却制动鼓的结构，减轻了电动轮系统的质量，集成化设计程度相当高。公司研制的这个电动轮系统的永磁无刷直流电动机性能非常高，其峰值功率可以达到，峰值扭矩为，最高转速为，额定功率为，额定转速为，额定工况下的平均效率可以达到。图给出了电动轮的结构形式。我国在这一方面也有研究。哈尔

16、滨工业大学一爱英斯电动汽车研究所研制开发的型电动汽车驱动电动轮也属于外转子型电动机。该电动机选用的是一种“多态电动机”的永磁电动机兼有同步电动机和异步电动机的双重特性，集成盘式制动器，采用风冷散热系统。同济大学汽车学院试制的四轮驱动电动汽车“春晖一号”，“春晖二号”和“春晖三号”均采用四个直流无刷轮毂电动机，外簧式盘式制动器。表列出了目前国内外研制的电动轮系统。第章引言表电动轮系统列表车量试爱对阿孟氧单位啪日本圩眦奉席庆人辛八艳私曲交巍步乜动帆呐一号奋二号一辨曩人剧亚前轮鹱动永尢搠立蠢电动机撇同济人学四齄孽动康磁克刷区流电站茸：日本东童电力公可日末常天学四轮卓动永硅屯动机网跻人事眄轮轻动永键捌

17、直扼诅旃机也略尔蕺：【业人肇鼾转骤动木麓多奋电向帆事砖堂式四轮取动交巍斑步岳轸掣动孽动电动饥舞型额走曲翠（口）揖凡功书（）最、畸辑蝴帆永谴土辨巨魄姐动机皿，妒侨如酣触鲫风狰外格子籍一目商砖运（肿）够定舛矗）冷葺；方式舳蹄外转予一一童式劬风丹外转子风冷内转子升糟千毫电机靖句乜帆苴（）整式藏建机构荐比内轱子转于打星齿轮磺迭机构井辖千行蜃由乾罐逮机羁，一钉最齿轮壤越机情“譬式，一一一，一，狮箍置啦支，一盎式器武翻动蘑翦砣景轮蕴式盘置盘式盘王盘盘敛式盎孟为了能够充分利用电动轮的优点，又尽量减少非簧载质量的影响，英国和新加坡等几所院校设计了如图所示的半电动轮驱动形式【。该驱动形式的出发点在于减轻电动轮的

18、非簧载质量，为此采用了盘式电动机，将定子固定在底盘上，使其成为簧载质量，而转子和车轮相连带动车轮转动，因为电动机上只有一半的部分是在车轮上，所以称为半电动轮。为了克服定子和转子相互的吸引力，采用“三明治”结构，即一个转子盘夹在两个电子盘的中洲。半电动轮的非簧载质量的确比电动轮减轻了不少，但是这种电驱动形式又有其它的问题，车轮受到地面的冲击会直接传递到电动机的转子上，进而使电动机的气隙宽度不断变化，从而影响电动机转矩的输出。因此，半电动轮形式是以更加复杂的控制系统为代价换取非簧载质量的降低，似乎有点得不偿失。图半电动轮驱动形式第章引言虚拟样机技术概述在现代设计中，计算机应用日益广泛。计算机辅助设

19、计、计算机辅助工程、计算机辅助制造等技术被广泛的应用到机械、汽车、航天等行业。计算机虚拟设计与传统原型设计方法相比，其优点在于节约设计成本、缩短设计周期、便于优化和修改等。随着计算机技术的发展，开发了许多大型的计算机集成设计软件，有些软件更是集成各种功能于一体，很大程度上优化了设计过程，免去了各个软件之间的数据传递的过程，使得使用更为方便快捷。年月日，美国波音公司正式启动波音飞机研制计划，采用一种全新的设计与制造方式，年半之后，于年月日直接进行了第架波音的首次试飞。波音飞机的研制采用了全数字化的无纸设计技术，整机外型、结构件和整机飞机系统采用三维数字化定义，应用数字化预装配，整个设计制造过程无

20、需模型和样机，一次成功，首次实现了整机数字化设计、数字化制造和数字化协调。对比以往的飞机研制，波音成本降低了，出错返工率减少了，制造周期缩短了。波音的研制成为现代产品开发新技术应用的里程碑，其采用的开发过程现在称之为虚拟产品开发（），应用的开发技术称之为虚拟样机技术（）【】【】。利用虚拟样机技术，设计者可以在产品开发设计过程中，将分散的零件设计和分析技术（单一系统中零部件的和技术）柔和在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能【。借助于虚拟样机技术，研究者可以快速分析多种设计方案，在不浪费制造试验物

21、理样机所需时间和费用的前提下，获得最优设计方案。而在传统产品开发流程中，在对产品进行概念设计之后，将进行一个产品设计样机建造测试评估一一反馈设计的循环反复过程，因此每一次产品设计的修改都伴随有物理样机的建造或修改，随之而来的是产品丌发周期的延长和丌发成本的增长。而虚拟产品丌发，将传统的产品丌发过程采用虚拟样机技术，以数字化方式进行，避免了物理样机的重复建造，不仅利于缩短产品丌发周期和降低产品丌发成本，而且数字化方式采用利于协同工作的进行，数字化模型的应用使得产品全生命周期的统一成为可能。图反映的是传统产品丌发流程与虚拟样机技术丌发产品流程的对比。可以看到，虚拟产品开发是从产品研究、产品规划、产

22、品设计、第章引言产品试验、产品制造、产品销售、产品使用到产品最终报废的产品全生命周期在计算机上构造的虚拟环境中予以实现，其目标不仅是对产品的物质形态和制造过程进行模拟和可视化，而且对产品的性能、行为和功能以及在产品实现的各个阶段中的实施方案进行预测、评价和优化。簿恩差”图虚拟产品开发与传统产品开发流程比较本文将采用虚拟样机技术来完成轮边驱动模块系统的设计。首先是建立轮边减速器的三维几何模型，几何模型与轮边减速器的结构设计相对应这是后续一系列过程进行的基础。进而将数据导入仿真软件进行运动学分析和优化，在这个基础上再利用对系统进行了详细的设计，这个同时也进行了部件的受力分析，最后运用对关键零部件进

23、行结构强度分析与优化，下面简单介绍一下这几个设计软件。本文的研究思路与内容本论文以双纵臂悬架的结构为重点，采用虚拟样机仿真技术，围绕悬架的结构对系统进行了分析和优化。第二章重点介绍了双纵臂悬架的空白运动特性以及基于此特性的电动车轮第章引言边驱动结构。第三章按整车动力性要求确定轮边驱动系统参数，并讨论了将同步带和无声齿形链应用于电动车双纵臂悬架轮边驱动时的设计方法。第四章借助软件，以整车底盘设计要求及轮边总体结构布置要求，给出了双纵臂悬架弹簧的设计方法。第五章对双纵臂悬架桥壳受力模型的简化，将三维空间的桥壳受力问题转化成平面二次超静定的结构力学问题，并以力法的方法给出了具体的解答结果。第六章以有

24、限单元法为理论基础，通过软件，对桥壳在极限工况下的应力变形进行了分析，并对结构进行改进。最后验证了桥壳结构改进的合理性。第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想通过对汽车悬架的具体考察，基于纵臂式悬架的结构特性，本章将双纵臂悬架与电动车的轮边驱动相结合，以软件为工具，建立了电动车双纵臂悬架轮边驱动的三维结构模型，并简要分析了该模型的动力传递、空间运动、受力情况。简介是的简称，起源于美国麦道飞机制造公司。它以一体化而著称，可以支持目前市面上销售的不同厂家的所有工作站。年月被并入美国通用汽车公司的部分。多年来，软件汇集了美国航天航空与汽车工业的专业经验，发展

25、成为世界一流的集成化机械设计和分析制造软件，并被多家美国和世界著名公司选定为企业计算机辅助设计、分析和制造的标准方法。现在已广泛应用于航天航空、汽车、发动机、通用机械及模具等各个领域。因为公司曾经一度与美国最大的汽车公司合并，并结合汽车工业的实际进行了完善和扩充，所以该软件很适合汽车工业。的实体建模是其它所有几何造型产品的基础，它将基于约束的特征建模和传统的几何建模融为一体，形成了优秀的建模工具。这种建模方法是目前最为先进的建模技术，它能方便灵活地编辑和修改从特征到自由形状曲面的所有实体模型，并能充分发挥传统实体，曲面和线框造型的长处。复合式建模工具较之纯参数化的系统更为灵活和自由。它允许在需

26、要的时候随时增加参数，能同时有效地运用传统的产品设计过程，并在必要时与基于约束的特征建模相结合，在最大程度上满足设计人员的要求。采用复合建模技术，将参数设计和特征几何设计等方法有机结合起来。实体造型以先进的为建模核心，曲面设计采用非均匀有利样条为数学基础。可用多种方法生成、编辑和修改实体模型、复杂曲面。本文中用到的还有的虚拟装配技术。所谓虚拟装配技术就是利用计算机工具，而不是建立产品的实际模型，通过分析、简化、可视化、数据表示等技术，帮助设计者进行装配关系的工程决策。完成所有零部件的三维实体造型只是产品结构设计工作中的一个部分，各个零件的结构造型是否合理、是否能够第章双纵臂恳架的运动特性及轮边

27、驱动的构想满足装配要求、是否能顺利的装配在一起，还需要通过装配设计来进一步的检验，装配建模的设计方法正是基于这个要求而进行的。的模块正好提供了一个良好的虚拟装配环境，该模块采用主模型技术，即将一个零件视为主模型，或者称为父模型。再将其它相应的零部件信息导入。在的装配文件里面，并非直接将零部件实体导入，而只是纪录导入零部件的模型文件信息，如指针形式。在文件打开时指针信息将零件的实体导入，这样使得装配文件大大减小，在文件管理上更为便捷。在装配文件中可以对主实体模型进行修改，而其他的子模型则不能直接进行修改，只有在相应的空间内才能进行操作，不过这些都是非常方便的。悬架系统简介悬架是车架（或承载式车身

28、）与车桥之间的一切传力连接装置的总称。其主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传递给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性，保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响川。由此可见，悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。悬架的组成悬架主要由弹性元件、导向装置和减振器等部分组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，吸收汽车在不平坦的道路上行驶时所引起的冲击。导向装置用来传递纵向力

29、、侧向力和由此产生的力矩，并保证车轮相对于车架（或车身）作规定的几何运动。减振器用于快速衰减车架和车身的振动。在多数轿车和客车上，为了防止车身在转弯行驶等情况下发生过大的倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件横向稳定器。由此可见，汽车悬架的功能是缓冲、导向和减振，然而总的功能是传力。应当指出，悬架要具备上述功能，在结构上并非一定要设置满足上述各功能的单独的装置。例如常见的钢板弹簧，除了作为弹性元件起缓冲作用外，当它在汽车上纵向安置并且一端与车架作固定铰链连接时，它本身还能够起到传递各向力和力矩以及决定车轮运动轨迹的第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想作用，因而可以不再另设置导向机构。悬架的分类汽

30、车的悬架可以分为非独立悬架和独立悬架两类。非独立悬架的结构特点是：汽车两侧车轮分别安装在一根整体式的车桥两端，车桥则通过弹性元件与车架相连接。这种悬架当一侧车轮因道路不同而跳动时，将要影响另车轮的工作。独立悬架中，两侧车轮分别安装在断开式的车桥两端，每段车桥和车轮单独通过弹簧与车架相连。这样当一侧车轮跳动时，对另一侧车轮不发生影响独立悬架广泛用于轿车中。独立悬架具有如下优点：（）在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样在不平道路上可以减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。（）减少了汽车的非簧载质量。在非独立悬架的情况下，整个车桥和车轮都属于非

31、簧载质量部分。在采用独立悬架时，对驱动桥而言，由于主减速器、差速器及其外壳固定在车架上，成了簧载质量：对转向轴而言，它仅具有转向主销和转向节，而中部的整梁不再存在，所以在采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中的一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小得多。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架受到的冲击载荷也越小，故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度。（）采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车中心下降，提高了汽车行驶稳定性；同时给予车轮较大的上下运动的空间，因而可将悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。（）可

32、以保证汽车在不平道路上行驶时，所有车轮和路面有良好的接触，从而增大牵引力；此外，可增大汽车的离地间隙，因而大大提高越野汽车的通过性能。独立悬架一般由螺旋弹簧或扭力杆和直接双动式减振器组成。独立悬架的的结构特点是两侧的车轮各自独立的与车架或车身弹性连接，以适应各种路面情况。独立悬架分类：第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想独立悬架的结构类型很多，主要按车轮运动形式可分成以下三类（图）（）车轮在汽车横向平面内摆动的悬架（横臂式独立悬架，图）。（）车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架（纵臂式独立悬架，图）。（）车轮沿主销移动的悬架，其中包括：烛式悬架（图）和麦弗逊式悬架（滑柱连杆式悬架，图）。在有的独

33、立悬架中，车轮是在汽车的斜向平面内摆动的【】。独立悬架广泛地被采用在现代汽车上，特别是轿车的转向轮普遍采用了独立悬架。但是，独立悬架结构复杂，制造成本高，保养维修不便；在一般情况下，车轮跳动时，由于车轮外倾角与轮距变化较大，轮胎磨损较严重。肛删静们肛通胆氇图三种基本类型的独立悬架单纵臂式后独立悬架与斜臂式后独立悬架单纵臂横扭杆独立悬架是一种紧凑型悬架，是现代汽车悬架系统中的一种非常巧妙的设计型式。它将减振器倾斜安装，因而为行李箱留出更大的空间。这种设计最先在法国标致汽车公司的型及型轿车上使用，此后即成为紧凑型轿车的一种主要的悬架结构型式。纵臂式独立悬架具有如下优点：结构简单，铰点及橡胶支承较双

34、横臂和麦克逊悬架都大为减少；占用垂向及横向空间小，便于布置宽敞的行李箱，油箱与备胎还可置于两侧纵臂之间；纵臂的传动点同时也是构成了悬架的纵倾中心；纵臂的传动轴线与地面平行时，轮距以及车轮的前束和外倾角不随车轮的跳动而变化。其缺点有：侧倾中心位于地面，增加了汽车转向时惯性力的作用力臂，使在同等侧倾角刚度下车身侧倾角增大；汽车转向时，侧向力的作用下，有增大“过多转向”的趋势。第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想单纵臂式悬架的运动关系简图如图所示。图单纵臂式悬架的运动关系简图当纵臂式悬架用作后驱动桥悬架时，则变形为单斜臂式后独立悬架，这种结构型式仅用于此种场合。倾斜布置的纵臂形成合适的侧倾中心及

35、纵倾中心。国产神龙富康系列车型的后悬架也是采用该种结构。该悬架主要由横梁、扭杆、横向稳定杆、减振器、纵摆臂总成、支架等几部分组成（如图所示）。这种悬架在结构上属于纵臂式悬架，只能用于后桥，不能用于转向桥，其车轮定位参数只有车轮前束和外倾角两种。图富康轿车的紧凑型手杆弹簧悬架单纵臂悬架的车轮始终在车身侧平面内平行移动，由于这种特殊的运动形式，所以进一步考察该悬架的运动特性及空问构造，以期开发一种全新的电动车轮边驱动模式。第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想电动车单纵臂式悬架轮边驱动模块的构想由于单纵臂悬架轮距以及车轮的前束和外倾角不随车轮的跳动而变化，利用该特点，拟开发新型电动车轮边驱动模块

36、，如图所示。将电机安装于车架与纵臂的铰支点，并将电机轴与车轮轴平行布嚣。这样车轮上下跳动时，车轮轴和电机轴可始终保持距离不变的平行关系。在电机与车轮之间通过同步带或链条传递动力，传递动力的同时亦可起到减速增扭的效果。这样，与电动轮相比，电机在空间上以及重量上都只受很小限制，选用的内转子电机亦可获得图单纵臂悬架轮边驱动模块较高的比功率密度。不过这样传动机构与悬架导向机构之间存在诸多干涉，如电机轴心位置与纵臂和车架的铰接位置，从动轮轴心位置与车轮纵臂铰接位置结构设计上容易产生干涉。电动车双纵臂式悬架轮边驱动结构电动车双纵臂式悬架轮边驱动机理由于单纵臂式悬架轮边驱动模块在结构设计上存在干涉，所以作者

37、考察了双纵臂悬架，如图所示。上下两纵臂平行且等长，那么连同主销以及上下纵臂与车架铰接点的连线，在车身的侧平面内，就形成一个平行四边形机构。这就取得了与单纵臂悬架相同的运动特性，同时电机输出轴与车轮轴分别安装在这个平行四边形的两竖直边的中心位置，在悬架跳动过程中，车轮轴和电机输出轴的距离始终保持不变。电机直接安装在车架上，与车轮轴之间通过带传动或链传动，传动的同时亦可起到减速增扭的作用，还便于采用高速内转子电第章双纵臂恳架的运动特性及轮边驱动的构想图双纵臂悬架轮边驱动模块机以获得较高的比功率，同时省去了内转子电机电动轮常用的减速装置。这样该结构既克服了电动轮簧下质量过大的缺点，同时电机在结构及安

38、装布置上获得了较大的设计空间。电动车双纵臂式悬架轮边驱动模块的结构首先基于建立双纵臂悬架及轮边驱动的三维模型，在此过程中具体地考虑传动机构、悬架、制动装置的空间布置、运动协调及受力情况。下面结合图以同步带带传动传动为例，具体说明。图与图所示为不同方向上的电动车双纵臂悬架轮边驱动模块结构图。从两个方向上的三维视图，可清晰看出模块的空间结构布局。图电动车双纵臂：悬架轮变驱动模块结构右斤视图第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想图电动车双纵臂；悬架轮变驱动模块结构左前视图图为电动车双纵臂悬架轮边驱动模块结构爆炸图，图为轮毂内部结构剖面图。图中轮毂部分的构件排列反映出了轮毂内部结构的装配关系。通过图

39、轮毂内部结构剖面图，可分析出轮毂内部的定位及受力关系。下纵臂电机上纵臂人带轮小轴承桥壳制动钳安装板制动钳轮毂支承件轴端挡板轮制动盘锁紧螺母轮毂轴承限位挡板张紧轮横支架张紧轮张紧轮竖支架小带轮同步带转动半轴图电动车双纵臂悬架轮边驱动模块结构爆炸图同步带靠可调节的张紧轮张紧。张紧轮通过可上下调整位置的螺钉安装在张紧轮横支架上。横支架的两端分别与车架以及竖支架通过旋转副铰接，竖支架的两端分别与下纵臂以及横支架通过旋转副铰接。其中横支架与车架铰接点位于电机轴的轴线上，并且横支架与纵臂平行，第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想图轮毂内部结构剖面图竖支架与主销平行。这样在车轮上下跳动过程中，小带轮、大

40、带轮、张紧轮之间的相对距离始终保持不变，张紧可靠。电机固结在车架上，其动力输出通过小带轮、同步带传递至大带轮上，同时起减速增扭效果。大带轮与传动半轴花键连接，并通过半轴端部的花键与轮毂支承件相连将动力传递至轮毂支承件上，直至车轮。地面对车轮纵向力及垂向力引起的弯矩，由轮毂传递至轮毂支承件，而轮毂支承件通过轮毂轴承支承在桥壳上，这样就将弯矩转移至车桥及悬架上。传动半轴并不承受弯矩作用，所以它为全浮式半轴，受力状况良好。轮毂支承件上还安装了制动盘，所以制动时，引起的扭矩经轮毂支承件、制动盘、制动钳、制动钳安装板及桥壳传递至悬架上。传动半轴只在驱动时传递扭矩。制动钳经制动盘安装板用螺栓连接在桥壳上。

41、大带轮由于同步带的张紧，受到了一定的径向力。为了避免该径向力产生的副作用，提高传动效率，在半轴与桥壳之问安装了小轴承。这样传动半第章双纵臂悬架的运动特性及轮边驱动的构想轴避免承受较大的弯矩作用，同时端部花键获得较好的承载受力状况，提高了传动效率。轮毂轴承由桥壳上的凸台轴向定位，并由锁紧螺母锁紧。轮毂支承件由内部挡肩与轮毂轴承轴向定位，并通过限位挡板锁紧。车轮受到的侧向力通过轮毂、轮毂支承件传递至轮毂轴承上，再通过锁紧螺母或直接由桥壳上的凸台传递至桥壳及悬架上。传动半轴（大带轮）通过轴肩及轴端挡板相对轮毂支承件轴向定位。双纵臂悬架采用了平行四边形的结构，使得小带轮与大带轮之间在悬架跳动时，中心位

42、置的距离保持不变。现结合图双纵臂悬架及张紧轮机构运动关系原理图加以说明。图图示平面与车轴中心线垂直。、分别为上下纵臂，满足且，通过、点与车架交接；点为车轮轴，亦即大带轮的中心，固结在上；点位于的连线上，为电机轴，亦即小带轮的中心，电机固结在车架上，且满足；为张紧轮横支架，通过点与车架铰接，点为张紧轮安装点；为张紧轮竖支架，通过点铰接在上，通过点与张紧轮横支架铰接；且满足关系，。图双纵臂悬架及张紧轮机构运动关系原理图当车轮相对车架上下跳动时，有平行四边形机构、。因为，所以且，即、点之间的距离始终保持不变，那么在、点分别安装大带轮、小带轮即可实现同步带传动。在平行四边形机构中，又，所以在的延长线上

43、，进一步讲，、之间的距离保持不变。第章双纵臂恳架的运动特性及轮边驱动的构想这样、三点，任何两点距离不变，亦即大带轮、小带轮、张紧轮两两中心位置之间距离不变。那么在点安装张紧轮就实现了同步带的张紧。进一步，大于且小于等于都能实现上述运动特性。对于有较大结构设计空间的机构，可使当、点重合，即竖支架被省略，横支架直接铰接在主销上。图为双纵臂悬架及张紧轮机构三维模型图。图中清晰地表达出悬架、张紧轮机构及车架的连接定位关系。由张紧轮的局部放大图可以看出，张紧轮靠螺母安装在带有滑槽的张紧轮横支架上，可上下调节位置以达到最佳的张紧力要求；弹簧及减震器安装在下纵臂的凹槽内，与周边结构不发生干涉，且能保证较长的

44、运动行程。图双纵臂悬架及张紧轮机构三维模型图本章小结通过对常用悬架单纵臂悬架的考察，得出纵臂的传动轴线与地面平行时，轮距以及车轮的前束和外倾角不随车轮的跳动而变化，即单纵臂悬架的车轮始终在车身侧平面内平行移动。由于这种特殊的运动形式，联想到将此与电动车的轮边驱动相结合，进而将双纵臂悬架引入该研究。通过对双纵臂悬架的运动特性及空问构造的具体研究，把它与同步带传动相结合。以车辆行驶力学、轮边驱动的基本概念为基础，以软件为工具，建立了电动车双纵臂悬架轮变驱动的三维结构模型，并简要分析了该模型的动力传递、空间运动、受力情况。为进一步具体的设计及分析作铺挚。第章轮边驱动的确定及关键零部件的设计第章轮边驱动的参数确定及关键零部件的设计驱动电机性能参数的确定整车设计要求驱动电机性能参数，要依据整车的设计要求确定。如表所示，为该微型电动车原始设计参数。表微型电动汽车设计参数长宽高非簧载质量轮距轴距车轮半径满载质心高度最高车速加速时间整车整备质量载客量人续驶里程电源减速比满载质心至前轴距离最人爬坡度额定车速不大于秒驱动电机参数计算（两轮驱动）（）按最大爬坡度要求估算电机峰值转矩以的时