电动汽车设计与制造-课件 第12章 电动汽车底盘性能开发

电动汽车底盘性能开发目录CONTENTS1.底盘性能开发流程2.主客观评价方式3.电动汽车操纵稳定性设计4.电动汽车舒适性开发5.主动安全性分析与优化设计6.疲劳与可靠性设计要点底盘性能开发流程01底盘性能开发流程产品定义标杆车对标、目标分解、零部件技术条件输出1概念设计底盘系统方案定义、性能指标设定、试验方案制定2详细设计部件参数调校、偏差控制、样车状态设置3样车试制K&C测试、底盘部件调校（轮胎/悬架/转向等）、主客观评价4量产前调校阻尼特性与电控系统优化，锁定性能目标5系列产品开发用户反馈优化、平台化升级、品牌基因强化6汽车底盘系统开发流程核心逻辑：多轮迭代（场地/台架试验→实车验证→参数修正）主客观评价方式02主客观评价方式01客观评价体系国际上客观评价方法主要是依据RSV与ISO两种标准｡RSV(研究安全车,前身为ESV)以驾驶安全为目标,系统地整理了车辆的操纵稳定性规范,从车辆的主动安全及被动安全角度,提出了稳态圆周试验､瞬态响应试验､移线试验､蛇行试验相关指标的限值范围或极值｡国际标准化组织(ISO)为了统一车辆操纵稳定特性的评价验证方法,研究车辆动态参数同车辆侧向加速度的关系,制订了一系列试验及试验数据处理的流程规范,包括稳态圆周试验､瞬态响应试验､移线试验､蛇行试验,并确立了转向特性在车辆操纵性中的重要意义｡02主观评价体系车辆主观评价方法始于20世纪70年代,国外汽车企业在主观评价方法及应用上的研究开展较早,并积累了丰富的技术和开发经验,但多为企业机密,较少有对主观评价技术和方法系统介绍的文献发表｡国内学者结合驾驶模拟器对车辆操纵稳定性主观评价展开研究,从主观评价方法､评分系统､主客观一致性研究及主观评价影响因素四个方面,介绍了当今汽车工业主观评价这一开发手段｡电动汽车操纵稳定性设计03电动汽车操纵稳定性设计悬架系统轻量化材料+电磁悬架，动态调整刚度与高度（降低侧倾，提升路面贴合度）轮毂电机/轴上电机布局，低重心设计；转矩矢量控制，精准分配驱动力制动能量回收优化动力平衡，提升制动稳定性（减少俯仰/侧滑）VDSC/ESP实时监测，动态调整制动力与动力分配（例：某车不足转向度66.8°/g，侧倾度5.4°/g）高刚性材料降低变形，优化风阻与高速稳定性能量回收系统电子稳定系统动力系统车身结构稳态与瞬态特性对比特性稳态（恒定输入）瞬态（快速变化）核心场景直线行驶、匀速转弯、稳定制动急加速/减速、急转弯、紧急变道关键指标横摆角速度增益、侧向加速度增益、不足转向度响应延迟时间、频带宽度、瞬态侧倾角变化率技术要点悬架刚度匹配、轮胎抓地力优化、质量分布均衡主动悬架实时调节、转矩矢量控制、ABS/EBD快速响应工程实例:某A0级乘用车整车操纵性能试验(1)项目目的通过对本项目性能标杆车进行操纵稳定性能客观试验,对某A0级乘用车的操纵稳定性客观数据和性能进行摸底,并用于开发车型客观指标设定｡完成的操纵稳定性的客观试验如下:①原地转向;②低速滚动转向;③转向盘中间位置转向;④扫频转向;⑤斜坡制动;⑥稳态回转;⑦双移线｡(2)操纵稳定性能客观试验该试验车的相关状态信息,见表12-1~表12-4｡表12-1试验车状态工程实例:某A0级乘用车整车操纵性能试验表12-2试验设备工程实例:某A0级乘用车整车操纵性能试验图12-2力矩转向盘安装图12-3陀螺仪安装工程实例:某A0级乘用车整车操纵性能试验表12-3操纵稳定性客观试验方法表12-4试验关键指标电动汽车舒适性开发04典型路面激励分类颠簸路面不平整的路面,如路面凹坑､颠簸和碎石等,会导致车辆产生垂直方向上的振动｡这些颠簸会直接传递到车辆底盘和乘员座舱,影响乘坐舒适性｡纵向不平度如坑洼和沟槽,会引起车辆在纵向(前后)方向上的振动｡这种类型的振动通常与车速和道路纹理有关｡横向不平度横向的路面不平度,如侧向坡道和路面横向凹凸,会引起车辆在横向方向上的振动,对横向稳定性和舒适性产生影响｡高频振动来自路面不均匀性､小颠簸和微观不平整的高频振动｡这种振动通常会在较高速度下引起车辆的细微颤动,直接传递到车辆底盘和座舱,影响驾驶员和乘员的感受｡冲击和减速带道路上的减速带和交叉口的凸起结构会引起较大的冲击和振动｡这些瞬时的振动不仅影响乘坐舒适性,还可能对车辆的悬架系统和底盘零部件造成额外的应力｡路噪与车辆轮胎和道路交互的噪声,如胎噪､风噪和机械噪声｡路噪会直接传递到车辆内部,影响乘员的舒适感受｡单自由度系统和双自由度系统振动(1)单自由度系统单自由度系统是一种简化的振动模型,主要由质点､弹簧和阻尼器三个基本元素组成｡这个系统用于模拟车辆底盘在垂直方向上的振动｡(2)双自由度系统双自由度系统是相对于单自由度系统的一种更为复杂的振动模型｡它考虑了车辆在垂直和横向方向上的振动,因此包含了两个质点､两个弹簧和两个阻尼器｡这种系统更贴近实际汽车的振动情况｡传递函数汽车舒适性的传递函数是描述汽车振动舒适性与外部激励之间关系的数学模型｡传递函数通常用于分析和优化汽车悬架系统,以确保在不同路况下提供最佳的驾乘体验｡传递函数描述了振动输入(如路面不平度)与振动输出(车辆底盘振动)之间的关系,其形式通常表示为输入与输出之间的复数比率｡传递函数通常采用拉普拉斯变换表示,其基本形式为式中,H(s)为传递函数;Y(s)为系统的输出,通常代表车辆底盘振动;X(s)为系统的输入,通常代表路面激励｡拉普拉斯变换s是一个复数变量,用于表示频域特性｡传递函数的频率响应可以通过将S替换为复平面上的jω来得到,其中ω是角频率｡汽车悬架系统的传递函数通常包含质点质量､弹簧刚度､阻尼器阻尼比等参数｡具体的传递函数形式取决于系统的结构和复杂性｡一个简单的单自由度弹簧-阻尼器系统的传递函数可表示为式中,m为质点的质量;c为阻尼器的阻尼系数;k为弹簧的刚度｡

舒适性分析确定分析范围和目标:在开始舒适性分析之前,需要明确分析的范围和目标｡1车辆建模:建立准确的车辆模型是舒适性分析的基础,包括车辆的几何形状､悬架系统､轮胎特性､质量分布等2确定振动激励:确定底盘所受到的振动激励,包括来自路面不平､车辆加速度､制动､转向的激励等｡3悬架系统调校:通过调整悬架系统参数,如弹簧刚度､阻尼器阻尼､悬架几何等,优化车辆的振动响应｡4耦合效应分析:考虑车辆在不同方向上的振动耦合效应,包括纵向､横向和垂向振动之间的相互影响｡5振动传统函数分析:采用传递函数分析方法,了解底盘振动对不同频率的响应｡6实际道路试验:进行实际道路试验,验证模拟结果｡7隔声和隔振措施:考虑采用隔声和隔振技术,减少外部噪声和振动传递到车辆内部｡8主观评估:进行主观评估,邀请驾驶员和乘客提供反馈｡9优化和改进:基于分析和试验结果,进行悬架系统和车辆结构的优化｡10工程实例:某A0级乘用车整车平顺性试验(1)项目目的通过对某A0级乘用车进行平顺性客观试验,对该车的平顺性客观数据和性能进行摸底｡完成的平顺性的客观试验如下:长波路输入､脉冲输入､高速路､比利时路｡(2)整车平顺性能客观试验试验车状态见表12-5｡表12-5试验车状态工程实例:某A0级乘用车整车平顺性试验试验设备见表12-6｡加速度传感器分别布置在驾驶员座椅座垫､座椅靠背､地板､转向盘12点以及车顶处;驾驶员同侧乘员座椅座垫､座椅靠背以及座椅地板处,如图12-4所示｡表12-6试验设备图12-4加速度传感器布置工程实例:某A0级乘用车整车平顺性试验试验方法见表12-7｡表12-7平顺性能客观试验方法工程实例:某A0级乘用车整车平顺性试验试验关键指标见表12-8｡表12-8试验关键指标主动安全性分析与优化设计05主动安全性分析与优化设计防抱死制动系统(ABS)驱动防滑控制系统(ASR)电子稳定程序系统(ESP)电子制动力分配系统(EBD)电子制动辅助系统(EBA)ABS主要是借助于先进的传感器技术用来测试车轮的转速,并通过车载自控系统计算车轮滑移率来判定车轮是否抱死,由执行系统在制动过程中自动调节各车轮的制动力,使车轮在狭小的理想范围内滑移并制动下来,且车轮不会抱死｡汽车驱动防滑控制系统是伴随着提高汽车的加速度而诞生的一项重要技术课题｡提高汽车的加速性能,就是在保证车轮的附着力下,获得尽可能大的驱动力｡ESP系统将汽车的制动､驱动､悬架､转向､发动机等主要总成的控制系统在功能､结构上有机地结合起来,使汽车在各种恶劣工况下都有最佳的行驶性能｡当汽车制动时,每个轮胎所受到的制动力不同,这样不利于车身稳,EBD就是借助传感器检测前后轮的转动状态,并由车载微处理器高速计算出各轮胎与路面间的附着力大小来合理分配制动力,使之达到与路面附着力的理想匹配,以进一步缩短制动距离,使车身更稳定,一般和ABS一起使用｡在车辆行驶过程中，制动辅助系统会全程监测制动踏板，一般正常制动时该系统并不会介入，会让驾驶员自行决定制动时的力度大小。疲劳与可靠性设计要点06汽车耐久性的意义意义延长使用寿命，降低维修成本（影响技术完好率、折旧费）试验体系外场试验：试车场模拟极端工况（坏路、高速环道）室内模拟：ADAMS动力学建模+Hypermesh疲劳分析（例：某SUV后扭力梁最小循环次数10^5.58次，对应失效里程>30万公里）优化重点焊缝/衬套等易疲劳部位材料升级，载荷谱动态仿真工程实例:某国产SUV后扭力梁疲劳分析(1)项目目的对某国产SUV后扭力梁在ADAMS软件中建立后悬架台架试验,并对后扭力梁在有限元软件中进行疲劳分析,最终得到在此试验台