輪轂電機電動汽車輪內減震機構建模及平順性仿真

任洪卓 陳雙 張宇涵

摘 要：以自主研發(fā)的輪轂電機驅動電動汽車為研究對象，設計一套電動輪內減震機構，建立裝備電動輪內減震機構的三自由度1/4動力學模型，在Matlab/simulink環(huán)境中進行建模及平順性仿真，為懸架設計提供參考。

關鍵詞：輪轂電機;輪內減震機構;三自由度;平順性

0 前言

隨著相關政策的普及和相關技術的開發(fā)，電動汽車擁有巨大的發(fā)展?jié)摿笆袌銮熬啊］嗇炿姍C驅動的電動汽車因較高的空間利用率、NVH、安全性以及更簡化的底盤結構，引起了廣大企業(yè)及學者的廣泛關注[1]。雖然輪轂電機驅動的電動汽車具有很多優(yōu)勢，但由于簧下質量的增加，其平順性受到了很大的影響。針對此類問題，廣大學者進行了大量的設計及研究，文獻[2]建立了汽車二自由度垂向振動模型，通過改變非簧載質量，并對比分析不同簧載質量下汽車平順性評價指標的變化。文獻[3]分別建立了有無輪內減震機構的1/4二自由度動力學模型，并進行仿真分析。

本文以自主研發(fā)的輪轂電機驅動電動汽車為研究對象，對裝備輪內減震機構的三自由度1/4動力學模型進行建模與平順性仿真分析。

1 電動輪內減震機構結構設計

本文研究的輪轂電機驅動電動汽車電機選擇為內定子型電機，與常規(guī)的集中電機相比，省去了傳動軸、差速器等機構，其結構如圖1所示。此種驅動形式的電動輪，高度集成了輪轂電機、制動器、冷卻系統(tǒng)等，可以同時實現(xiàn)驅動、制動以及能量回收的功能，但會引起簧下質量的增加，進而影響汽車平順性。因此，本文將三組橡膠襯套安裝于輪內相關機構連接處，構成電動輪內減震機構。其具體結構如圖2所示。

2 路面模型及1/4動力學模型建立

2.1 單輪隨機輸入路面模型的建立

汽車行駛時，不平路面的隨機振動為輪胎的激勵。本文的路面輸入類型選擇為時域模型，輸入的時間歷程可以通過濾波白噪聲法獲得，如公式（1）所示。

（1）

式中：路面空間截止頻率，單位m-1;標準空間頻率，單位m-1;路面不平度系數(shù)，單位m3;隨機白噪聲為w（t）;車速為u，單位m/s。

2.2 三自由度1/4動力學模型建立

車輛模型為研究車輛懸架性能的基礎，假設車身和車輪均為獨立的剛體，二者的垂向運動互不影響;將輪胎視為具備相同垂向剛度的彈簧，且始終與地面相接觸，建立裝備輪內減震機構的三自由度車輛振動簡化模型（如圖3所示），三個自由度為車身垂向運動、車輪垂向運動及電機垂向運動，圖中：q為路面激勵，單位m;為輪胎剛度，單位N/m;為懸架剛度，單位N/m;為懸架阻尼，單位N·s/m;為車身質量，單位kg;為電機質量，單位kg;為車輪質量，單位kg;為

非簧載質量位移，單位m;為車身位移，單位m。

裝備輪內減震機構的輪轂電機驅動電動汽車運動方程如式2至式4所示。

（2）

（3）

（4）

3 平順性仿真分析

根據(jù)建立的路面及裝備輪內減震機構的三自由度1/4動力學模型運動微分方程，在Matlab/simulink環(huán)境中進行平順性仿真分析。車輛具體參數(shù)如表1所示。仿真工況的B級路面，車速60 km/h。仿真分析結果如圖4所示。

4 結論

本文通過對裝備有電動輪內減震機構的三自由度1/4動力學模型建立與平順性仿真分析，獲取了汽車平順性評價指標，為車輛懸架的設計提供參考。

參考文獻：

[1]孫文，王軍年，王慶年，等.電動輪驅動系統(tǒng)結構設計與仿真研究[J].汽車工程，2016，38（3）：330-336.

[2]D.Hroat.Influence of unsprung weight on vehicle ride quality[J].Journal of Sound and Vibration， 1988（3）：497-516.

[3]張中南.輪轂電機式電動汽車行駛平順性與安全性研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2014.