姬鵬　姜愉

摘 要：文章提出了一種新的基于線控技術(shù)的輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車車輪結(jié)構(gòu)，為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的可行性，利用ADAMS/Car仿真軟件中建立整車動(dòng)力學(xué)仿真模型并進(jìn)行脈沖路面和隨機(jī)路面的仿真。通過分析車身振動(dòng)的加權(quán)加速度均方根值，判斷振動(dòng)的頻率是否在人體對振動(dòng)可接受的范圍內(nèi)驗(yàn)證其可行性。經(jīng)過仿真結(jié)果和數(shù)據(jù)得出本文提出的車輪結(jié)構(gòu)能提高整車平順性。

關(guān)鍵詞：輪邊驅(qū)動(dòng)；ADAMS；加權(quán)加速度均方根值；平順性

中圖分類號(hào)：U463.343 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）25-0101-02

引言

電動(dòng)車作為最有前景的新能源汽車正逐漸成為人們最為便捷的交通工具。輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車以其緊湊簡單的結(jié)構(gòu)、高效的傳動(dòng)效率得到各大汽車企業(yè)的青睞[1]。輪邊驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)主動(dòng)車輪集成了懸架、電機(jī)、阻尼器、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等功能，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)也加大了整車的簧載質(zhì)量和車輪動(dòng)載荷，從而增大了車身的垂直加速度，因此惡化了整車的平順性和操縱穩(wěn)定性。另一方面，路面等級(jí)和汽車行駛速度的不同也會(huì)不同程度地影響車身的振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)的頻率、強(qiáng)度、方向和時(shí)間也會(huì)受人的感受的影響。本文利用平順性最基本的評價(jià)方法加權(quán)加速度均方根值來驗(yàn)證輪邊驅(qū)動(dòng)主動(dòng)車輪是否符合GB/T4970-《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》。

1 輪轂電機(jī)主動(dòng)車輪的提出

本文提出的主動(dòng)車輪基于米其林輪轂電機(jī)車輪結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)扭矩從牽引電機(jī)經(jīng)齒輪減速傳遞到輪轂上，比起直接驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這種結(jié)構(gòu)可以在更高角速度下輸出最大的扭矩，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為緊湊。

主動(dòng)懸架可以根據(jù)汽車實(shí)際的行駛狀況動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整懸架系統(tǒng)的阻尼特性和剛度，以便更好地減振。本文結(jié)合米其林主動(dòng)車輪，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的車輪功能，提出了一種新的輪邊驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)主動(dòng)車輪：車輪集成了驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架、阻尼等基本功能，用線性旋轉(zhuǎn)電動(dòng)馬達(dá)控制偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。輪轂集成與安裝在輪架上的小齒輪嚙合的齒輪，電機(jī)控制小齒輪的運(yùn)作，電機(jī)定子與輪架集成，轉(zhuǎn)子通過直接嚙合帶動(dòng)小齒輪，將扭矩傳遞給輪轂。車輪內(nèi)部有中心布置的截面為矩形的轉(zhuǎn)向桿，由四個(gè)滾道組成，增大懸架行程，轉(zhuǎn)向桿和轉(zhuǎn)向件之間的平移運(yùn)動(dòng)完成懸架的功能。結(jié)構(gòu)與常規(guī)輪轂電機(jī)輪邊驅(qū)動(dòng)車輪最大的不同是輪內(nèi)集成了小懸架彈簧與整車懸架主簧相匹配來最大程度地降低輪邊驅(qū)動(dòng)車輪增加的非簧載質(zhì)量；同時(shí)，結(jié)構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)對外傾角的控制：底盤載荷通過底盤上安裝的臂轉(zhuǎn)移到集成的懸架上，外傾桿通過平行四桿機(jī)構(gòu)與輪架上的連接點(diǎn)相連，底盤和外傾桿中間的千斤頂控制外傾角的變化，結(jié)構(gòu)允許的最大外傾角變化范圍在±15°到20°之間。車輪的減振器采用線性電子機(jī)械的方式，減振電機(jī)定子與導(dǎo)向元件連接，電機(jī)轉(zhuǎn)子連接在導(dǎo)向桿上。

2 動(dòng)力學(xué)建模

在汽車平順性的討論過程中，整車模型的縱向、橫向平移以及俯仰、側(cè)傾和橫擺運(yùn)動(dòng)作為額外的自由度，車身包括質(zhì)量參數(shù)和幾何邊界，可以更好地分析非簧載質(zhì)量的增加對整車乘坐舒適性的影響。

其中簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的垂直本征頻率分別由下列公式[2]計(jì)算：

模型在虛擬路面上行駛，在后處理PostProcessor模塊得到操作特性曲線。

3 輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車平順性仿真分析

利用ADAMS/Car中的Road Builder分別創(chuàng)建bump路面和curb仿真路面，并設(shè)置成預(yù)設(shè)的路面障礙參數(shù)。

整車模型仿真中，由于模型接近路面干擾時(shí)，前后軸到達(dá)路面障礙的時(shí)刻不同，因此會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的俯仰運(yùn)動(dòng)，沖擊時(shí)刻的時(shí)間間隔與車速有關(guān)[6]。每個(gè)仿真的車速下，簧下質(zhì)量初始設(shè)置每個(gè)輪角的簧下質(zhì)量為40kg。整車模型簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的垂直本征頻率分別由下列公式[7]計(jì)算：

圖3是整車模型在經(jīng)過鼓包道路輪廓時(shí)簧載質(zhì)量垂直加速度RMS和車速的函數(shù)關(guān)系圖。車速在1km/h到10km/h期間，40kg和60kg的簧載質(zhì)量設(shè)置的垂直加速度保持相對的穩(wěn)定；車速大于10km/h時(shí)，隨著車速的增加，簧載質(zhì)量垂直加速度大大降低，即隨著車速的增加，道路干擾減小，整車的平順性也隨之變差。圖4是整車模型在通過斜坡路面輪廓時(shí)，簧載質(zhì)量垂直加速度RMS與車速的函數(shù)關(guān)系圖。RMS在0.58m/s2到1.13m/s2的波動(dòng)取決于簧載質(zhì)量和車速的變化。車速為90km/h時(shí)，RMS達(dá)到最大值，即此刻整車乘坐舒適性最差[8]。

4 結(jié)束語

通過仿真數(shù)據(jù)可以看出，整車模型仿真數(shù)據(jù)區(qū)別于四分之一車模型。但是仿真結(jié)果均顯示輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的平順性取決于道路干擾頻率。模型在鼓包道路上的縱向平移基于正弦波輸入信號(hào)，當(dāng)干擾頻率在非簧載質(zhì)量本征頻率之上時(shí)，平順性有所提高，非簧載質(zhì)量的增加勢必會(huì)降低平順性。模型在斜坡道路上縱向平移時(shí)，垂直加速度均方根值的增加由非簧載質(zhì)量的增加引起。忽略車速的不同，四分之一車模型簧載質(zhì)量加速度值較為穩(wěn)定，而整車模型則波動(dòng)較大且RMS值要低得多，這一現(xiàn)象的原因可能是仿真測量點(diǎn)選取位置的不同：四分之一車模型加速的測量點(diǎn)在懸架頂端的右側(cè)，而整車模型的測量點(diǎn)在重心處。根據(jù)ISO 2631-1；1997（E）規(guī)定[9]的標(biāo)準(zhǔn)，輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的平順性在人體對振動(dòng)的接受范圍內(nèi)。本文提出的輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車主動(dòng)車輪能較好地提高整車平順性。

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