輪轂電機驅(qū)動電動車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與性能匹配

1、輪轂電機驅(qū)動電動車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與性能匹配輪轂電機電動車是電動汽車的重要分支,除具備普通電動汽車低能耗、低排放的特點外,其采用電機直接驅(qū)動車輪的驅(qū)動形式,使車內(nèi)空間的利用和布置更為靈活,四輪獨立控制也為其控制策略提供了更多可能。但由于輪轂電機電動車整車質(zhì)量分布和底盤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,其整車動力學(xué)特性也受到影響。為解決這一問題,本文在某A0級內(nèi)燃機轎車的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種適用于輪轂電機電動車的專用懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一種雙節(jié)臂式前懸架系統(tǒng)、扭桿梁式后懸架系統(tǒng)和機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?；诙囿w動力學(xué)理論和有限元方法,建立了對標(biāo)車和電動車整車剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)虛擬樣機模型并進行了實車試驗驗證。在虛擬樣機

2、模型的基礎(chǔ)上,運用多體動力學(xué)和多目標(biāo)優(yōu)化理論、穩(wěn)健性優(yōu)化方法、遺傳算法、代理模型技術(shù)等基礎(chǔ)理論和方法對電動車整車性能、前后懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)進行了深入的理論分析與優(yōu)化匹配。針對安裝輪轂電機后車輛橫向尺寸放生變化進而影響汽車操縱穩(wěn)定性的問題,設(shè)計了一種面向輪轂電機驅(qū)動車輛的新型雙節(jié)臂前懸架系統(tǒng),該懸架的特點在于其主銷參數(shù)由虛擬鉸接點確定,可以在較狹窄的橫向布置空間內(nèi)得到理想的主銷參數(shù)。初步設(shè)計的雙節(jié)臂懸架有運動干涉問題和轉(zhuǎn)向系傳動比變化問題。分析表明,問題產(chǎn)生的根源在于轉(zhuǎn)向過程中懸架主銷位置發(fā)生了變化,導(dǎo)致車輪發(fā)生不規(guī)律的運動。通過靈敏度分析選取對主銷參數(shù)變數(shù)貢獻較大的7個設(shè)計變量進行優(yōu)化設(shè)計。

3、最終使轉(zhuǎn)向過程中的主銷內(nèi)傾角的變化量由4°減小到0.32°,主銷后傾角的變化量由5°左右減小到1.18°,且消除了相關(guān)運動干涉。考察了扭桿梁后懸架的扭桿梁長度對汽車整車性能的影響。通過截短扭桿梁來適應(yīng)兩后輪輪轂電機的安裝,通過扭桿梁后懸架剛度臺架試驗建立了扭桿梁剛度與其長度、扭桿斷面尺寸間的關(guān)系。對裝備具有不同尺寸扭桿梁后懸架的整車虛擬樣機模型進行仿真分析,考察其對平順性及操縱穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明在中低車速下,隨著扭桿梁剛度的增大,平順性變差；在中高車速下,扭桿梁剛度增大時,平順性有變好的趨勢,扭桿梁長度的變化對汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能也有一定影響。提出用66

4、穩(wěn)健性優(yōu)化方法對斷開式齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)轉(zhuǎn)向梯形桿系的運動關(guān)系,推導(dǎo)了其內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系的數(shù)學(xué)模型并進行了試驗驗證。以解析模型為基礎(chǔ),輸入電動車參數(shù)進行了確定優(yōu)化和穩(wěn)健性優(yōu)化并進行了分析對比。最終確定了接近理想阿克曼轉(zhuǎn)角關(guān)系的設(shè)計方案。同時,穩(wěn)健性設(shè)計方案目標(biāo)函數(shù)均方差比確定性優(yōu)化方案低36.99%，且其優(yōu)化方案可以遠離目標(biāo)函數(shù)失效邊界，達到6.547水平，穩(wěn)健性較好。對裝備改進懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輪轂電機電動車進行了性能匹配。與對標(biāo)車相比，初步設(shè)計的輪轂電機驅(qū)動的電動車平順性下降較大，部分操縱穩(wěn)定性性能指標(biāo)有所下降，需要綜合考慮汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性對底盤參數(shù)進行優(yōu)化匹配?？紤]

5、到現(xiàn)行的汽車操縱穩(wěn)定評價指標(biāo)較多，如果全部進行計算，不僅計算量指數(shù)級增大，且難以得到精準(zhǔn)結(jié)果。因此，運用主成分分析法進行降維處理，將21個初始評價指標(biāo)降低為由5個評價指標(biāo)構(gòu)成的評價向量。以電動車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性5個指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)，考慮整車使用性能和設(shè)計規(guī)范的約束，對電動車專用底盤各項參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。最終得到的設(shè)計方案可以滿足包括21個初始操縱穩(wěn)定性評價指標(biāo)的整車性能使用要求，部分指標(biāo)達到對標(biāo)車型水平。在懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能匹配設(shè)計中，討論了多代理模型方法在工程設(shè)計中的應(yīng)用。對二階、三階響應(yīng)面（RSM模型、克里金（KRG模型、徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測精度和優(yōu)化結(jié)果進行了分析對比。結(jié)果表明，針對該電動車整車性能匹配問題，各代理模型都能得到相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計方案，其中徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和三階RSM真型的預(yù)測精度和優(yōu)化結(jié)果都較好；二階RSM真型預(yù)測精度和優(yōu)化結(jié)果較