電動汽車懸架運(yùn)動學(xué)分析及設(shè)計(jì)

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1、 畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 論文題目：20KW電動汽車懸架運(yùn)動學(xué)分析及設(shè)計(jì) 一. 緒論 1.研究背景 當(dāng)今環(huán)保和能源備受關(guān)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(shí),必然會排出廢氣,EV是零排放的交通工具,即使計(jì)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(xué)家預(yù)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(yàn)。21世紀(jì)電能必然會成為各種地面運(yùn)載工具的主要能源,發(fā)展EV是交通運(yùn)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(jī)的有效效率僅能達(dá)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(dá)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(jìn)展,但是關(guān)鍵技術(shù)突破不是很顯著,還有待于進(jìn)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(chǔ)，對其懸架進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)

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(jì)最偉大的20項(xiàng)工程技術(shù)成就中前兩項(xiàng)技術(shù)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(qiáng)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(luò)技術(shù)，信息技術(shù)和線控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使只能交通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也變得非常簡單，還可以實(shí)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(dá)國家，各大汽車公司投入了大量的人力物力和財(cái)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(lǐng)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(jì)劃科技攻關(guān)項(xiàng)目。近幾年我國電動汽車的研究工作進(jìn)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(xiàng)基金，特別設(shè)立電動汽車重大專項(xiàng)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(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)，計(jì)劃“十五”期間以電動汽車的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)臺為工作重點(diǎn)，力爭在電動汽車關(guān)鍵

5、單元技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)及整車技術(shù)上取得重大突破【5】。 2.2懸架的應(yīng)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(gòu)上，都有彈性元件，減振裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。 被動懸架是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，剛度和阻尼都是不可調(diào)的，按照隨機(jī)振動理論，它只能保證在特定工況下達(dá)到最優(yōu)減振效果。但它理論成熟，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，成本相對低廉不需要額外能量，因而應(yīng)用最為廣泛。在我國現(xiàn)階段，仍然有較高

6、的研究價(jià)值【7】。 主要應(yīng)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(fù)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(dǎo)向機(jī)構(gòu)的變化[8]。 被動懸架性能的研究集中在三個(gè)方面：通過對汽車進(jìn)行受理分析后，建立數(shù)學(xué)模型，然后再用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)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(yùn)行狀態(tài)；研究導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，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(yīng)用在航空航天，汽車制造，機(jī)器人以及其他多種工業(yè)機(jī)械，并取得了很好的社會經(jīng)濟(jì)效益。而在機(jī)械系統(tǒng)分析中ADAMS也有很多的應(yīng)用。目前有相當(dāng)多的資料表明，應(yīng)用ADAMS對機(jī)械系統(tǒng)分析能夠?qū)?fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)，運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，效果很好。但在應(yīng)用ADAMS分析機(jī)械系統(tǒng)中某一局部結(jié)構(gòu)受力狀況，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)中受力狀況復(fù)雜的時(shí)候，使用ADAMS進(jìn)行建?；蚍抡娣治鰰r(shí)往往力不從心【9】。 ADAMS在懸架運(yùn)動學(xué)分析時(shí)的使用：懸架的運(yùn)動學(xué)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(xué)軟件建立雙橫臂獨(dú)立懸架的多剛體模

8、型，通過對模型中車輪施加運(yùn)動約束從而對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)性能仿真分析，從而獲得該車輪定位角的變化，將設(shè)計(jì)要求和分析結(jié)果對比可以得出此懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及需要改進(jìn)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(jī)驅(qū)動的機(jī)動車輛【11】。雖然在外型上和傳統(tǒng)汽車差別不大，但結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jìn)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(qiáng)汽車的操縱性能，開

9、發(fā)一種適合電動汽車特點(diǎn)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(shè)計(jì) 1.前懸架的性能分析優(yōu)化 建立動力學(xué)模型，利用ADAMS建立虛擬樣機(jī)，其可在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)，靜力學(xué)和運(yùn)動學(xué)仿真分析?？梢钥焖伲奖愕亟⑼耆珔?shù)化的機(jī)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(shí)候，將底盤簡化為一個(gè)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(gè)

10、運(yùn)動中可視為一個(gè)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(jì)算之后運(yùn)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(jī)構(gòu)，不需要重新進(jìn)行建模，只需在此模型基礎(chǔ)上對變量進(jìn)行簡單的更改，就可以對其他車輛的懸架進(jìn)行仿真與分析。在建立自己需要模型的同時(shí)，對軟件進(jìn)行了二次開發(fā)，運(yùn)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(shè)計(jì)變量的輸入，即可對新的懸架模型進(jìn)行同類型分析，大大提高了效率【12】。 然后對其進(jìn)行仿真分析，進(jìn)行懸架運(yùn)動特征分析是合理選擇導(dǎo)向機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)的重要前提。比較常用的懸架運(yùn)動學(xué)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(yùn)動學(xué)分析過程中，主要反映為車輪上下跳動時(shí)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(shè)計(jì)所期望達(dá)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(jìn)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(shè)置使車輪接地點(diǎn)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(gòu)進(jìn)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(shí)建立了適合電動車的懸架數(shù)據(jù)，為以后進(jìn)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(shí)，提高效率。 2. 獨(dú)立轉(zhuǎn)向輪懸架設(shè)計(jì) 懸架一般都是由彈性元件，減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成的，另外輔設(shè)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(shí)，這種沖擊力將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架上時(shí)，可能引起汽車機(jī)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(jī)構(gòu)同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對于車架和車身跳動的任務(wù)，這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)【6】。 四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向驅(qū)動的電動汽車使用4個(gè)輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，電子差速，4個(gè)車輪由4個(gè)電機(jī)獨(dú)立控制轉(zhuǎn)向，傳動效率高，可以實(shí)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(gè)車輪能進(jìn)行大角度轉(zhuǎn)向，不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的正向和逆向偏轉(zhuǎn)，還可以進(jìn)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(dú)立轉(zhuǎn)向，可以將電動汽車靈活的運(yùn)用于旅游觀光車，搬運(yùn)車等車輛。這里針對這類電動汽車設(shè)計(jì)懸架，希望能達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單緊湊，轉(zhuǎn)向靈活和承載能力比較強(qiáng)的特點(diǎn)。獨(dú)立懸架采用雙橫臂，扭桿彈簧結(jié)構(gòu)，采用輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動汽車前后輪均可采用結(jié)構(gòu)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(dú)立轉(zhuǎn)向功能，即實(shí)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)優(yōu)化因?yàn)橹麂N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(gòu)，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(dá)到最大，在改變上下橫臂長度及橫向角度時(shí)，側(cè)傾中心位置又會發(fā)生很大變化，所以各目標(biāo)之間需要進(jìn)行協(xié)調(diào)權(quán)衡和折中處理。然后對變量進(jìn)行選取，最后確定參數(shù)。 結(jié)論：學(xué)習(xí)其建模方法，軟件的使用和目標(biāo)參數(shù)的確定。同樣使用ADAMS進(jìn)行建模，優(yōu)化目標(biāo)與確定參數(shù)。 三．結(jié)論 1.在對電動汽車懸架進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析時(shí)，利用ADAMS建立虛擬樣機(jī)，其可在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)，靜力學(xué)和運(yùn)動學(xué)仿真分析?？梢钥焖伲奖愕?/p>

16、建立完全參數(shù)化的機(jī)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(jìn)行仿真優(yōu)化。并根據(jù)需要建立智能化窗口。 2.在設(shè)計(jì)電動汽車后懸架時(shí)，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(dú)立懸架，同樣使用ADAMS建立模型，利用ADAMS選取變量，進(jìn)行目標(biāo)的優(yōu)化和參數(shù)的確定。 四.參考文獻(xiàn) 【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(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,04. 【2】陳清泉，詹宜君。21世紀(jì)的綠色交通工具-電動汽車【M】. 北京：清華大學(xué)出版社，2001.1-16. 【3】Chan C C. The state of the art of e

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