电动车悬架系统设计

武汉理工大学

硕士学位论文

重型载重汽车空气悬架设计及悬架系统分析研究

姓名：隗寒冰

申请学位级别：硕士

专业：车辆工程

指导教师：邓楚南;乐玉汉

20060401摘要

随着国民经济的高速发展，我国公路运输需求将在一段较长时间内保持持续增长。重

型载货汽车品种多、应用广泛，在国民经济建设中发挥巨大作用。由于重型汽车工作条件

比较恶劣、弯道多、坡路多、转弯半径小，车辆频繁转向与制动，并长期在满载、振动与

冲击载荷下工作，振动都比较强烈。为保证车辆具有良好的高速行驶平顺性，实现质量高

运输，并减小对路面的破坏程度，先进的车辆悬架技术在重型卡车上被广泛研究和采用。

本文针对我国发展较为落后的空气悬架导向机构，介绍了比较常见的重型汽车空气悬

架结构型式，对比了各自的优缺点。推导出空气悬架固有频率、刚度的计算方法，分析了

基于刚体动力学理论的整车数学模型，然后采用ＡＤＡＭＳ虚拟样机技术，在ＡＤＡＭＳ专

家用户中建立了前后空气悬架系统、轮胎模型、柔性体模型和整车装配简化几何模型，并

对随机路面激励条件下豹汽车振动响应，如前后地板速度、加速度功率谱密度、频率响应

函数进行了仿真分析。文章最后根据振动加速度功率谱的仿真结果对鞍座点的安装位置进

行优化设计。理论计算验证虚拟样机模型以及仿真结果正确，为重型汽车空气悬架运动学

分析及优化设计提供了一种先进高效快捷的方法。

关键词；

空气悬架平顺性虚拟样机ＡＤＡＭＳＡｂｓｔｒａｃｔ

Ｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｅｃｏｎｏｍｙ，ｏｕｒｎａｔｉｏｎ’ｓｒｏａｄｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｗｉｌｌｋｅｅｐｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｉｎａｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄ．Ｈｅａｖｙｔｒｕｃｋｓｐｌａｙ触ｅｓｓｅｎｔｉａｌｒｏｌｅｉｎｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｉｔｓｍｅｒｉｔｓ，ｓｕｃｈａｓａｂｕｎｄａｎｔｓｏｒｔｓ。ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｕｓｕａｌｌｙｔｈｅｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｈｅａｖｙｔｒｕｃｋｉｓｅｘｅｃｒａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｆｕｌｌｏｆｂｅｎｄ

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--完整版学习资料分享---- 转向系统的计算设计：

这次设计的电动车用的是麦弗逊式独立悬架，采用分段式转向梯形机构。对于采用独立悬架的汽车转向车轮，转向梯形中的横拉杆应是分段式的，以避免运动干涉，防止一个车轮的上下跳动影响另一个车轮的跳动。

（图一）

这种转向系统的结构大多如图1所示。转向轴1的末端与转向器的齿轮轴2直接相连或通过万向节轴相连;齿轮图2与同装于一壳体内的齿条3啮合。外壳则固定于车身或车架上。齿条通过两端的球铰接头与两根分开的横拉杆4相连,两横拉杆又通过球头销与左右车轮上的梯形臂5、6相连。这里齿条3既是转向器的传动件又是转向梯形机构中三段式横拉杆的一部分。

齿轮—齿条式转向器具有结构简单紧凑,制造工艺简便等优点,不仅适用于整体式前轴也适用于前轮采用独立悬架的断开式前轴,目前广泛地被采用于轿车、轻型客货车、微型汽车等车辆上。但与之相配的转向梯形机构与传统的整体式转向梯形机构相比有其特殊之处。故有必要加以研究和探讨。

绝大多数齿轮一齿条式转向器都布置在前轴后方,这样既可避让发动机的下部,又便于与转向轴下端连接。安装时齿条中心线应与汽车纵向对称轴垂直;并且当转向器处于中立位置时,齿条两端球铰中心应对称地处于汽车纵向对称轴的两侧。对于给定的汽车,其轴距L、主销后倾角口以及左右两主销轴线延长线与地面交点间

距离K均为已知定值。对于选定的转向器,其齿条两端中心距M也为已知定值.故-----WORD格式--可编辑--专业资料-----

--完整版学习资料分享---- 在设计中需确定的参数为梯形底角、梯形臂长l1以及齿条中心线到梯形底边的安装距离，而横拉杆长度l2可由上述参数确定其表达式为。

转动转向盘时,齿条便向左或向右移动,使左右两边的杆系产生不同的运动,从而使左右车轮分别获得一个转角。以汽车左转弯为例,此时右轮为外轮,外轮一侧的杆系运动如图2所示。设齿条向右移过某一行程S,通过右横拉杆推动右梯形臂,使之转过。

AUTO TIME 133 AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计 时代汽车 燃油车改纯电动汽车底盘优化设计刘建胜爱驰汽车有限公司　上海市　200082摘 要： 文章针对燃油车改纯电动汽车的底盘优化设计问题展开研究，阐述底盘设计内容，介绍相关参数化设计，根据电动汽车的发展趋势，提出底盘设计革新措施，同时对今后电动汽车的设计发展作出展望，希望对相关人员提供参考与借鉴。关键词：燃油车　电动汽车　底盘　优化设计　参数化

1　引言随着我国整体经济建设的飞速发展，人们生活水平得到大幅度提升，我国汽车数量不断提升，对环境造成的污染愈加严重，国民也认识到生态环保的重要性，汽车行业借助现代化技术，从燃油车向纯电动车转型发展，以响应我国可持续发展的国策方针。然而，燃油车向电动汽车的改进过程中，要对底盘进行设计，根据参数化要求进行优化，这样才能在保证车辆零排放的前提下，逐步提升电动汽车的应用质量，本文针对纯电动汽车的底盘优化进行研究，对新能源汽车行业的发展具有重要意义。2　纯电动汽车底盘优化设计现阶段在进行电动汽车的底盘优化设计时，首先要进行参数化设计，围绕汽车底盘的动力学特征、运动学参数等展开综合分析，根据结果得出底盘优化方案，在后续的调整中逐渐达到最佳运行状态。例如常见的悬架KC分析、动力学模拟分析，将分析对象设定为燃油车底盘，采集相关动力学参数，对悬架系统的各部分参数进行模拟，评估悬架的整体性能。随后替换为纯电动汽车的底盘方案，对两种底盘的应用性能进行对比，通过对整车上电、下电、稳定性、平稳运行等进行对比，找出纯电动汽车底盘存在的风险问题，制定相应措施[1]。在后续优化设计中，主要对前悬架滚动、操作稳定性、稳态回转、角阶跃数据进行分析，具体如下：（1）当悬架滚动系数较低时，可以增加稳定杆，使齿轮转动比增加，当处于垂直跳动状态时，可以改善减震器，降低车辆行驶对底盘造成的负荷压力；（2）操作稳定性，燃油车底盘向电动汽车改进时，要始终关注底盘的运行稳定性，针对整车性能进行评估，找出底盘应用风险，尽早制定解决措施；（3）稳态回转问题，整车重量偏大时，会导致转动性降低，要对减震弹簧的刚度进行调整，并且适当减重，以保证车辆底盘的灵活性。（4）车身整体重量提升时，由于横摆角与侧向加速会受到影响，会直接反映在角阶跃数据中，因此可以根据该项数值，对电动汽车的底盘稳定性展开测算与调试[2]。3　燃油车改纯电动汽车底盘参数化设计3.1　底盘优化设计内容在传统的燃油车底盘设计工作中，技术人员仅根据固定参数展开设计，缺乏设计方案的调整与实践检测，因此很难在后续中优化。而参数化技术在汽车底盘中广泛应用，可以有效克服汽车底盘设计优化难题，具体如下：（1）通过参数化设计可，以对底盘产品的参数结构进行调整，通过对不同参数进行搭配与替换，以取得最佳的应用成效[3]；（2）参数化技术的应用，可以使特定的参数对原始参数进行替换，以改善汽车底盘的设计质量；（3）参数化设计在汽车底盘设计中，可Optimization Design of Chassis of Pure Electric Vehicle Transformed from Fuel VehicleLiu JianshengAbstract： This paper studies the chassis optimization design of fuel vehicle to pure electric vehicle, expounds the chassis design content, introduces the relevant parametric design, puts forward the chassis design innovation measures according to the development trend of electric vehicle, and looks forward to the design and development of electric vehicle in the future, hoping to provide reference and reference for relevant personnel.Key words： fuel vehicle, electric vehicle, chassis, optimization design, parameterization

车辆主动悬架控制器的仿真设计　

上海理工大学机械工程学院孙跃东王冰周萍李春　

摘要：建立了基于１／４车辆动力学和单轮路面输入模型，应用最优控制理论进行车辆主动悬架的线性二　次型最优（ＬＱＧ）控制器的设计，并运用ＭＡ１１ＡＢ／邬ⅥＩⅡ皿　软件进行路面输入和１／４车辆仿真分析。仿真结果　表明采用ＬＱＧ控制方法的主动悬架可以较好地改善车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。　

关键词：主动悬架；ＬＱＧ控制器；仿真　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅｏｒｙ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　Ｌｉｎｅａｒ—Ｑｕａｄｒａｔｉｃ—Ｇａｕｓｓｉａｎ（ＬＱＧ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　

ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｕｓｅ　ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＨＮＫ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｏａｄ　ｉｎｐｕｔ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍ　１／４　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ．ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　１／４　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａ　ｒｏａｄ　ｉｎｐｕｔ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｃｔｉｖｅ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　

ｗｉｔｈ　ＬＱＧ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｒｉｖｅｒ’Ｓ　ｃｏｍｆｏｒｔ．　

Ｋｅｙｗｏｒｔｌｓ：ａｃｔｉｖｅ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ＬＱＧ　ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

悬架是车辆的重要组成部分，悬架按工作原理　

可分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架。主动悬　

架具有外部能源输入，能够根据车辆的行驶状态和　

路面状况做出主动响应。传统的被动悬架在平顺性　

方面的潜力已接近极限，为了克服这一缺陷，国外　

在２０世纪５０年代提出了主动悬架概念并进行了研