電動汽車懸架運動學分析及設計

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1、 畢業(yè)論文文獻綜述 學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 指導教師： 論文題目：20KW電動汽車懸架運動學分析及設計 一. 緒論 1.研究背景 當今環(huán)保和能源備受關注,為解決這些問題,電動汽車(EV)呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢。從環(huán)保角度看,人類在使用燃料產(chǎn)生能量的同時,必然會排出廢氣,EV是零排放的交通工具,即使計入發(fā)電廠增加的排氣,從總量上看,它也會大大減少空氣污染,所以,EV有其更益于人與自然和諧的一面。從能源角度看,石油資源日漸枯竭,科學家預測,地球上的石油資源如果按目

2、前的消耗水平,僅僅可以維持60~100年。而電能的來源廣泛,人們對電力的使用,已積累了豐富的經(jīng)驗。21世紀電能必然會成為各種地面運載工具的主要能源,發(fā)展EV是交通運輸工業(yè)發(fā)展的必然趨勢,也是汽車工業(yè)發(fā)展的總趨勢。內(nèi)燃機的有效效率僅能達到15%~16%,而一般情況下,EV可獲得20%~22%的有效效率。由此可以看出,EV將使能源的利用多元化和高效化,能達到可靠、均衡和無污染利用能源的目的。近幾年,在EV的研制上各國均有了很大的進展,但是關鍵技術突破不是很顯著,還有待于進一步開發(fā)【1】。 為了提高電動汽車的整車性能，很有必要開發(fā)一種適合電動汽車的懸架。在此以電動汽車為基礎，對其懸架進行分析和設計

3、。 2.1電動汽車的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀。 電動汽車是20世紀最偉大的20項工程技術成就中前兩項技術的融合，即“電氣化”和“汽車”的融合產(chǎn)物【2】。電動汽車除了在能源，環(huán)保和節(jié)能方面顯示出優(yōu)越性和具有強大的競爭力外，在車輛性能方面也顯示出了巨大的優(yōu)勢【3】。由于網(wǎng)絡技術，信息技術和線控技術的廣泛應用，使只能交通系統(tǒng)的實現(xiàn)也變得非常簡單，還可以實現(xiàn)再生制動和能量回收，因此提高了電動汽車制動的安全性和可靠性【4】。 在美國，日本和歐美等發(fā)達國家，各大汽車公司投入了大量的人力物力和財力用于電動汽車的開發(fā)，不斷地推出新的電動汽車車型。如美國通用汽車公司的“沖擊”牌電動汽車，“氫動一號”電動轎

4、車，加拿大巴特動力系統(tǒng)公司的P4型PCEB電動大客車，日本豐田汽車公司的RAV4-FCEV電動轎車，本田汽車公司2000年推出的FCX-V3型四座FCEV等。目前本田汽車公司在FCEV的研發(fā)方面居世界領先地位【5】。 在我國早已引起重視，早已被國家列為“八五”，“九五”，863計劃科技攻關項目。近幾年我國電動汽車的研究工作進入了全面發(fā)展階段，電動汽車市場初露端倪，2001年10月國家投入8.8億元的專項基金，特別設立電動汽車重大專項課題。選擇新一代電動汽車作為我汽車科技創(chuàng)新的主攻方向，組織企業(yè)，高等院校和科研機構聯(lián)合攻關，計劃“十五”期間以電動汽車的產(chǎn)業(yè)化技術臺為工作重點，力爭在電動汽車關鍵

5、單元技術，系統(tǒng)集成技術及整車技術上取得重大突破【5】。 2.2懸架的應用和發(fā)展趨勢 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的作用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力），縱向反力（驅(qū)動力和制動力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的正常行駛【6】。 結(jié)構上，都有彈性元件，減振裝置和導向機構三部分組成。 被動懸架是傳統(tǒng)的機械結(jié)構，剛度和阻尼都是不可調(diào)的，按照隨機振動理論，它只能保證在特定工況下達到最優(yōu)減振效果。但它理論成熟，結(jié)構簡單，性能可靠，成本相對低廉不需要額外能量，因而應用最為廣泛。在我國現(xiàn)階段，仍然有較高

6、的研究價值【7】。 主要應用于中低檔轎車上，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用有橫向穩(wěn)定桿和麥弗遜式懸架，比如桑塔納，夏利，賽歐等。后懸架的選擇較多，主要有復合式縱橫臂懸架和多連桿懸架。彈性元件一般采用螺旋彈簧夾橡膠襯套，減震器多選用筒式液力減震器，不同的懸架主要是由于導向機構的變化[8]。 被動懸架性能的研究集中在三個方面：通過對汽車進行受理分析后，建立數(shù)學模型，然后再用計算機仿真技術或有限元法尋找懸架的最優(yōu)參數(shù)；研究可變剛度彈簧和可變阻尼的減振器，使懸架在絕大部分路況上保持良好的運行狀態(tài)；研究導向機構，使汽車懸架在滿足平順性的前提下，穩(wěn)定性有較大的提高【7】。 3. ADAMS的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

7、分析 目前，ADAMS廣泛應用在航空航天，汽車制造，機器人以及其他多種工業(yè)機械，并取得了很好的社會經(jīng)濟效益。而在機械系統(tǒng)分析中ADAMS也有很多的應用。目前有相當多的資料表明，應用ADAMS對機械系統(tǒng)分析能夠?qū)碗s機械系統(tǒng)進行仿真，并對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學，運動學和動力學分析，效果很好。但在應用ADAMS分析機械系統(tǒng)中某一局部結(jié)構受力狀況，結(jié)構復雜的機械系統(tǒng)以及機械系統(tǒng)中受力狀況復雜的時候，使用ADAMS進行建?；蚍抡娣治鰰r往往力不從心【9】。 ADAMS在懸架運動學分析時的使用：懸架的運動學性能直接影響操作穩(wěn)定性等汽車使用性能。利用ADAMS多體動力學軟件建立雙橫臂獨立懸架的多剛體模

8、型，通過對模型中車輪施加運動約束從而對其進行運動學性能仿真分析，從而獲得該車輪定位角的變化，將設計要求和分析結(jié)果對比可以得出此懸架結(jié)構設計的合理性及需要改進的地方【10】。 4. 電動汽車懸架現(xiàn)況與發(fā)展 電力驅(qū)動車輛是以電力作為能源，由電動機驅(qū)動的機動車輛【11】。雖然在外型上和傳統(tǒng)汽車差別不大，但結(jié)構和布置有著很大的區(qū)別。 然而現(xiàn)在很多電動汽車都是依附于原有汽車車型的基礎上的，用于電動汽車不同的行駛平順性，及車身整體的布置及質(zhì)量的不同，其行駛的平順性等各方面的參數(shù)都沒有進行優(yōu)化。電動車產(chǎn)業(yè)化步伐正在逼近，好的懸掛系統(tǒng)能夠使車身傾斜的幅度減小，增大輪胎的附著力，從而增強汽車的操縱性能，開

9、發(fā)一種適合電動汽車特點的懸架對整車的性能提高各方面都會有很大的幫助【12】。 好的電動汽車懸架可以很好的吸收，緩和路面?zhèn)鱽淼恼駝雍蜎_擊，減少駕駛室內(nèi)噪聲，使駕駛員得到較舒適的感覺，能保持汽車良好的操作性和平穩(wěn)性。并在不同路況中提供足夠的安全性。 二． 電動汽車懸架分析設計 1.前懸架的性能分析優(yōu)化 建立動力學模型，利用ADAMS建立虛擬樣機，其可在計算機上實現(xiàn)機械系統(tǒng)的動力學，靜力學和運動學仿真分析?？梢钥焖?，方便地建立完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)模型，并擁有良好的后處理能力和良好的交互性。建立整車模型的時候，將底盤簡化為一個球體，其位置為整車的質(zhì)心位置，其質(zhì)量定義為整車的質(zhì)量，由于整車在整個

10、運動中可視為一個整體，所以這種簡化的建模是可以接受的。車輛的上下橫臂通過簡化計算之后運用模糊建模由橫桿代替【12】。 現(xiàn)代汽車大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來加大懸架側(cè)傾角剛度以改善汽車的行駛穩(wěn)定性，這里也采用橫向穩(wěn)定桿【13】。 對于智能化窗口的開發(fā)：以后若遇到相同形式的懸架機構，不需要重新進行建模，只需在此模型基礎上對變量進行簡單的更改，就可以對其他車輛的懸架進行仿真與分析。在建立自己需要模型的同時，對軟件進行了二次開發(fā)，運用軟件的高級語言，編輯了懸架的主銷長度，主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角，上橫臂長，上橫臂在汽車橫向平面的傾角，上橫臂水平斜置角，下橫臂長，下橫臂在汽車橫向平面的傾角，下橫臂軸水平斜置

11、角，車輪前束角的變量方程。使用者只需改變各設計變量的輸入，即可對新的懸架模型進行同類型分析，大大提高了效率【12】。 然后對其進行仿真分析，進行懸架運動特征分析是合理選擇導向機構幾何參數(shù)的重要前提。比較常用的懸架運動學仿真做法是確定定位參數(shù)隨車輪上下跳動的變化特性【14】。 懸架系統(tǒng)在運動學分析過程中，主要反映為車輪上下跳動時車輪定位角的變化情況。在車輪行駛過程中正常輪跳行程內(nèi)讓車輪定位參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，以保證汽車設計所期望達到性能【15】。車輪定位參數(shù)主要包括主銷內(nèi)傾角，主銷后傾角，車輪外傾角和車輪前束量【16】。 得出結(jié)論然后對原有懸架進行優(yōu)化，為了減輕輪胎的磨損，通過上橫臂長度，

12、上橫臂在汽車橫向平面的傾角，洗啊橫臂長度，洗啊橫臂在汽車橫向平面的傾角優(yōu)化分析，設置使車輪接地點側(cè)向滑移量絕對值最小。 結(jié)論：通過對電動車前懸架的分析，方便對其懸架結(jié)構進行優(yōu)化，使輪胎側(cè)向滑移量大大的減小，滿足了自己的分析初衷。同時建立了適合電動車的懸架數(shù)據(jù)，為以后進行類似懸架的分析提供了方便。 分析該懸架分析方法，我們可以借鑒其建模方法和智能化窗口的開發(fā)，在軟件的二次開發(fā)中建立簡便窗口，在同類懸架分析時，提高效率。 2. 獨立轉(zhuǎn)向輪懸架設計 懸架一般都是由彈性元件，減振器和導向機構三部分組成的，另外輔設緩沖塊和橫向穩(wěn)定器。由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，因此，路面作用于車輪上的垂直

13、反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上告訴行駛時，這種沖擊力將達到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架上時，可能引起汽車機件的早期損壞，還將使駕駛員感到極不舒適，或使貨物受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性充氣輪胎外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架與車橋之間保持彈性聯(lián)系。但彈性元件會產(chǎn)生振動，為了減振，還需要有減振器。懸架中某些傳力機構同時還承擔著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務，這些傳力構件還起導向作用，故稱導向機構【6】。 四輪獨立轉(zhuǎn)向驅(qū)動的電動汽車使用4個輪轂電機獨立驅(qū)動，電子差速，4個車輪由4個電機獨立控制轉(zhuǎn)向，傳動效率高，可以實現(xiàn)比較好的轉(zhuǎn)向控制和汽車穩(wěn)定性控制

14、，并且4個車輪能進行大角度轉(zhuǎn)向，不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的正向和逆向偏轉(zhuǎn)，還可以進行原地轉(zhuǎn)向甚至橫向行駛，很大程度提高了汽車的靈活性。電動汽車作為新型汽車，現(xiàn)階段有些局限性，不能用于長途行駛的車輛，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用較靈活的四輪獨立轉(zhuǎn)向，可以將電動汽車靈活的運用于旅游觀光車，搬運車等車輛。這里針對這類電動汽車設計懸架，希望能達到結(jié)構簡單緊湊，轉(zhuǎn)向靈活和承載能力比較強的特點。獨立懸架采用雙橫臂，扭桿彈簧結(jié)構，采用輪轂電機驅(qū)動的電動汽車前后輪均可采用結(jié)構相同的裝置，通過汽車的主控制器對轉(zhuǎn)向及驅(qū)動的協(xié)同控制，使其具有全方面獨立轉(zhuǎn)向功能，即實現(xiàn)除一般轉(zhuǎn)向行駛外的原地轉(zhuǎn)向，橫向行駛，通向偏轉(zhuǎn)，逆向偏轉(zhuǎn)功能【17】。

15、 用ADAMS建立懸架的簡化模型。實現(xiàn)目標優(yōu)化因為主銷內(nèi)傾角，輪胎橫向位移量及傾斜中心高度互相矛盾，例如，如果懸架采用等長雙橫臂結(jié)構，則隨著車輪跳動，主銷內(nèi)傾角變化為零，但輪胎橫向位移量達到最大，在改變上下橫臂長度及橫向角度時，側(cè)傾中心位置又會發(fā)生很大變化，所以各目標之間需要進行協(xié)調(diào)權衡和折中處理。然后對變量進行選取，最后確定參數(shù)。 結(jié)論：學習其建模方法，軟件的使用和目標參數(shù)的確定。同樣使用ADAMS進行建模，優(yōu)化目標與確定參數(shù)。 三．結(jié)論 1.在對電動汽車懸架進行運動學分析時，利用ADAMS建立虛擬樣機，其可在計算機上實現(xiàn)機械系統(tǒng)的動力學，靜力學和運動學仿真分析?？梢钥焖?，方便地

16、建立完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)模型，并擁有良好的后處理能力和良好的交互性，對其進行仿真優(yōu)化。并根據(jù)需要建立智能化窗口。 2.在設計電動汽車后懸架時，為了節(jié)約成本選用被動懸架，但根據(jù)電動汽車的發(fā)展選用獨立懸架，同樣使用ADAMS建立模型，利用ADAMS選取變量，進行目標的優(yōu)化和參數(shù)的確定。 四.參考文獻 【1】薛繼超，張伯俊，劉金翠。電動汽車現(xiàn)狀及未來【J】. 天津職業(yè)技術師范大學學報，2007,04. 【2】陳清泉，詹宜君。21世紀的綠色交通工具-電動汽車【M】. 北京：清華大學出版社，2001.1-16. 【3】Chan C C. The state of the art of e

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