純電動汽車懸架系統設計分析①

蔡軍

摘 要：由于我國當前對純電動汽車的技術方面有所欠缺，導致市場上普遍出現的小型低速電動汽車，其車身和裝配都比較簡易，內部裝飾粗略，僅帶有最基礎的操控設施和安全配備，與先進汽車的配置相差甚遠。該文主要闡述了純電動汽車懸架系統設計的具體條件、技術指標、及懸架系統的整體方案，采用麥弗遜懸架系統分析，最終提出懸架系統的主要評估方式。

關鍵詞：純電動汽車 懸架 性能 驅動

中圖分類號：U463.33 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2015）06（b）-0113-02

由于純電動汽車相比傳統型汽車來說，其對生活環(huán)境所帶來的危害極其微小，因此占有很廣泛的發(fā)展前景和發(fā)展空間。但是由于純電動汽車的操控穩(wěn)定性和行駛平順性較差，很難達到消費者的需求。采用純電動汽車的懸置系統，則可以很好的減緩車身振動，增強其穩(wěn)定性和平順性，因此對純電動汽車懸置系統的設計和優(yōu)化是當前十分重要的任務。

1 懸置系統的設計條件

懸置系統的具體作用便是將整體車身的動力總成穩(wěn)定起來，用來削弱車身的波動幅度。其動力總成主要包括電動機向車身傳遞時的振動，和車身向動力總成傳遞時的，經由懸架系統和地面摩擦時所產生的振動。車身良好的懸架系統不但能夠減弱因為振動而導致的車內噪音，還可以優(yōu)化純電動汽車的的功效，可以將經由懸架系統的從車身向動力總成傳遞的振動降到最低，因此，純電動汽車的懸置系統不僅僅可以作為動力總成的標準配件，又能夠作為純電動汽車良好的減振設備，所以，在對懸架系統進行設計時，需要滿足下面的一些約束條件。

1.1 懸置元件的剛度符合要求

純電動汽車懸置系統的主要作用便是承載動力總成，因此在對其進行設計時需要顧及到車身因強重力作用而導致的懸置元件的變形情況。此外，也要顧及到純電動汽車車輪的反作用所產生力矩的因素，這便要求所使用的懸置元件穩(wěn)固良好，性能優(yōu)異，可以承載普遍范圍內的靜載荷和動載荷的功效，這便需要懸置元件的剛度符合要求，不能松軟易折，如此方能確保懸置系統的持久性，使純電動汽車的壽命延長，并且能夠配合動力總成良好運行。

1.2 懸置系統具備隔振功效

懸置系統不但要可以減緩動力總成本身所產生的波動傳遞到車身，還需要可以減緩崎嶇路面對動力總成的負面作用，所以，懸置系統要具備良好的隔振功效，其總體性能的判斷普遍使用如下公式進行計算：

為隔振傳遞率，為懸置元件阻尼比，為激勵輸入頻率，為系統的固有頻率。當時，隔振傳遞率，這樣懸置系統方能起到很好的隔振功效，這點也為設計純電動汽車懸置系統所必須考慮的一點。此外，不但要滿足上面的要求，設計懸置元件的剛度也不能過大而超出許可范圍，這樣會致使系統的固有頻率產生變化，使系統的隔振功效下降。

2 主要技術指標

2.1 整車級技術標準

依照基準車型當前的市場狀況顯示，在以一些純電動汽車為例進行懸架系統設計之后，發(fā)現其操作穩(wěn)定性和平順性與基準車并無差異，然而仍要對純電動汽車的轉向盤進行整改和完善，由于純電動汽車普遍使用轉向柱式的電動驅動來進行轉向，與基準的液壓助力轉向相比，其功效更為良好和易于操作。需要根據各種車速的情況下來構建各種助力曲線，這樣可以很好地提升駕駛員的操縱質感和體驗。其中，側傾梯度則代表純電動汽車車身的側傾角在不同側向加速度下所產生的各種不同的變化率，在這個值比較小的情況下，純電動汽車進行車輛轉彎時多產生的側傾梯角便會越小。然而倘若側傾梯度的值低于許可范圍，便會極其嚴重的影響純電動汽車的穩(wěn)定性。這項參數的標準普遍設置為4°～4.5°/g左右。若是針對小型純電動汽車，為了方便家庭操作，這項指標普遍設定在2°/g左右，這0樣可更深層次的抵環(huán)境干擾。其要求需要滿足如下公式：

是轉向靈敏度，是轉向傳動比，是軸距，是重力加速度，是車速，是不足轉向梯度。一般在的情況下，會使轉向靈敏度調整為。

2.2 系統級技術標準

為了使純電動汽車的懸架系統具備低廉的成本和良好的結構，這便需要最大限度地保證當前市場基準車懸架系統的元件和構造，然后對其懸架系統進行相應的整改設計來達到相關指標，這樣設計出的懸架系統所具備的性能和質量都會獲得很好的提升。其中，輪跳便為系統指標中比較關鍵的部分，主要代表輪心跳動量。在進行懸架系統的設計時要進行最大極限行程，以及行程的確定。從純電動汽車的平順性的功能特性來看，行程的值愈大，純電動汽車內部的駕駛舒服度就越高。在極限行程的設計方面便需要整體顧及到行程及總布置的要求。普遍將前車輪的上跳值設定在（100±10）之間，將下跳值設定在（80±10）之間。而純電動汽車的后車輪在綜合顧及到沒有負載影響的情形下，其輪心變動通常會比前車輪的變動幅度大，因此將后車輪的上跳值設定在（125±10）之間，下跳值設定在（70±10）之間。前懸側傾剛度可以設置為，后懸側傾剛度則設置為，如此方可以達到側傾梯度以及側向力轉移的條件需求。

3 懸架系統的整體設計方案

針對一款改型的純電動汽車進行分析，對其總體參數展開相應的研究發(fā)現，其軸荷和車輪定位的參數都發(fā)生了相應的改變，雖然變化幅度不是很大，但是綜合其設計理念、實用性和麥弗遜式懸架特征上的分析，對這款改型的傳電動汽車的前懸架進行軟件模擬，其模擬圖如圖1所示。

懸架結構的彈簧選用也十分重要，性能較為良好的彈簧能夠使車身的重心下降，使車身外觀更為美觀。此外，若要保證純電動汽車內部駕駛的舒服度，便需要選用品質較為柔軟、有彈性，質地良好的彈簧作為材料。倘若選用了質地比較堅硬，不易伸縮和控制的彈簧則會使純電汽車內部駕駛的舒服度下降。也不是完全沒有優(yōu)點，這種硬質彈簧可以使駕駛員良好的控制轉向速度和剎車操作。當前在彈簧材料的選用上，比較有代表性的便是優(yōu)良材質的鋼筋，從未進行熱處理操作，直接進行冷卷操作而形成的彈簧。此類彈簧的伸縮性能良好，相對熱卷形成的彈簧來說，其抗疲勞能力較為優(yōu)異，使用壽命也有所增長。然而，倘若所選用的彈簧的性能很軟，已經超出最低許可范圍，便會產生露底現象，也就是說已經將懸掛的行程消耗完畢，不能再進行使用。倘若在純電動汽車進行轉彎的時候產生露底現象，那么便可以將彈簧的彈力系數看做無限大，已經不再具備可壓縮性，便會使車身發(fā)生嚴重的漂移，致使其平穩(wěn)性發(fā)生下降。

3.1 麥弗遜懸架的系統分析

麥弗遜懸架需要很多的零件來進行構建，所以在對其懸架體系的分析中常常運用空間機構分析法。這種方法把懸架總成中的元件來進行等效操作，將其視作剛體展開詳細的分析，這樣便可以良好的研究其懸架系統所進行的空間運動。圖2便是麥弗遜式懸架的簡要表示，依照圖中所標出的等效措施，能夠清晰地發(fā)現懸架擺臂與轉向節(jié)的鏈接是以球副的形式來進行等效。那么減振器的上支點，以及車身的鏈接便可以等效為一個轉動副。如此，便可以將麥弗遜式懸架進行抽象描述，使其形成為固定而封閉的空間體系來進行研究。

使用專用軟件中的麥式懸架的模板來設定前懸值，也要進行前轉向系統是構架和選取，依據實踐測量的測量值展開相應的整改，加入懸架特性虛擬評估試驗臺，最終得到純電動汽車懸架結構的整體模型圖如圖3和圖4所示。

前輪的前束角在懸架結構中起到十分重要的作用，其可以顯著的影響懸架運動學性質，根據市場情況來看，當前純電動汽車的的前束值有呈現出降低的趨勢。普遍在進行懸架系統的設計中，將前束值設定在以內，當前輪外傾處于負數的情況下，其前束也情況相同，也為負數，這樣便會轉化成為前輪后束。在前輪前束的協調上，一般利用調節(jié)橫拉桿的伸縮度來進行前輪前束的整改。在普遍情況下，需要當車輪上跳的時候，其前束角的變動幅度具有弱負性的特性，當車輪下跳時，其前束值會相應的降低。當車輪上跳時，其前束值也會發(fā)生下降，由此便會使車輪發(fā)生很大程度的損傷，需要對這個變量展開優(yōu)化設計。

在主銷內傾角方面，倘若這個值在符合要求的變動區(qū)間中發(fā)生改變，其內傾角的數值不應該太大，不然在純電動汽車進行車輛轉彎時使車輪繞主銷發(fā)生很大程度的滑移，這樣也會致使純電動汽車的車輪產生損傷現象。此外，其內傾角當然也不能太小，超出臨界值將會發(fā)生危險。因此，在主銷內傾角值的設計方面，通常將其值設定在之間。倘若是在許可范圍內，普遍采用其中相對較小的數值。

在主銷后傾角方面，其后傾角的數值最好不要太大，這主要是由于回正力矩普遍將跟隨后傾角的變大而變大，這樣會致使純電動汽車轉彎時花費很大的外力，從而使車輛駕駛的舒服度下降。當然，后傾角的選用也不能太小，低于臨界值將會致使駕駛的穩(wěn)定性發(fā)生下降，使車輛在駕駛過程中發(fā)生輕微偏移，轉向回正也相應產生許多的問題和矛盾。因此，通常將后傾角值調整在之間，在正常區(qū)間內，普遍選用較小值。倘若懸架系統中的主銷后傾角的某個環(huán)節(jié)不在標準區(qū)間中，那么也會致使輪胎的損傷，因此，這項變量也需要進行相應的優(yōu)化。

4 懸置系統的性能評估

純電動汽車懸置系統的工作性能十分重要，這將成為整體汽車質量及市場銷售情況的基礎標準，具有良好性能的純電動汽車不但可以有效節(jié)能，并且將在提倡環(huán)保減排的社會中占有極大的發(fā)展優(yōu)勢。因此，通常在純電動汽車的懸置系統設計完成后，需要對其進行性能評估。判斷其是否具有很強的隔振和減振的功效，并且可以使動力總成與車身間傳遞的振動顯著下降。這是當前對純電動汽車懸置系統設計的主要觀念。

在評估懸置系統在純電動汽車的各種明顯工況下的性能狀況時，普遍使用兩類方式，也就是頻域法及時域法。這里主要介紹頻域法，此類方法普遍用來評估系統的固有頻率，有時也用來評估其在其他環(huán)境的影響下所帶來的響應問題。這種評估結果普遍得出的是和頻率相關的量，能夠獲得系統的振動模態(tài)、振動能量分布等各種函數。因此基于這種狀況下的激勵振幅不會發(fā)生變化，只有頻率在規(guī)定區(qū)間內產生一定的波動，所以此類評估方式主要是來分析近似穩(wěn)態(tài)的響應。在日常的實踐操作中，普遍采用白噪聲的振動方式來代替前面所說的激勵源，而且還可以獲得和實踐振動響應相相似的評估結論。其主要原因在于激勵源和白噪聲的功效極為相近，總而言之，這種評估方法具備很好的實踐性和可靠性。

5 結語

純電動汽車的電力供給一般為動力蓄電池，不但具有很好的節(jié)能優(yōu)勢，在環(huán)境保護方面也優(yōu)于傳統汽車。然而，我國在純電汽車的生產和研發(fā)方面有所欠缺，在純電動汽車由傳統汽車的進化過程中，使原先傳統汽車的整車總布置產生很大的變化，總質量及質心位置的設計無法滿足駕駛者的需求，相對傳統汽車而言，其操縱穩(wěn)定性和平順性都發(fā)生了很大程度的降低。但是對純電動汽車進行懸架系統的設計和分析，通過進行詳細的探索研究，并使用計算機輔助軟件對懸架系統進行模擬，不但可以提升純電動汽車的工作性能，還可以提升其行駛的平順性，這對我國純電動汽車行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用。

參考文獻

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