电动汽车轮边电机前悬架系统结构设计(附件)
摘 要悬架是现今汽车系统上的重要总成。其中汽车的悬架系统好坏将直接影响汽车的、操纵稳定性、轮胎的使用寿命性和转向轻便等方面的性能，独立悬架中的多连杆独立悬架是目前汽车中应用较为广泛的。悬架系统是连接车身与车轮的部分，其主要作用包括，传力减振和减冲，合理的设计悬架系统可以将汽车的驾驶，操作性能提高。由于汽车安装看轮边电机后汽车的横向尺寸发生了变化，导致汽车的操纵稳定性变差，针对这一问题设计了轮边电机电动车的新型多连杆前悬架系统。现在的车辆对于动力性的要求十分重要。在车辆实际投产之前通过数字化虚拟样机的技术对车辆进行动力学等方面的仿真分析，并针对仿真结果对之前的结构参数进行优化，可以很大程度上降低研发的成本。所以掌握并利用模拟仿真技术对我国汽车技术水平的发展，技术成本的降低有很大帮助，同时减少研发成本提高市场的竞争力。所以本课题利用了UG建模仿真对设计的多连杆独立悬架进行仿真分析，为厂方的投产制造提供了有价值的参考，具有很实际的意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的来源背景和意义 1
1.2国内外的研究现状及分析 2
1.3，本文研究的主要内容 3
第二章 UG与CAD软件简介 4
2.1 UG软件简介 4
2.2 CAD软件简介 4
第三章 汽车悬架系统在整车中的作用及其性能要求 . 6
3.1电动汽车底盘的主要参数选择及配置介绍 6
3.2汽车悬架系统的作用 6
3.2.1弹性原件及其作用 7
3.2.2减振器及其作用 7
3.2.3导向机构及其作用 7
第四章 前悬架系统的建模与基本参数的确定 8
4.1前悬架系统的组成 8
4.2前悬架系统基本参数的确定 8
第五章 模型的建模过程 9
总结 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
第一章 绪论
1.1课题的来源背景和意义
为了满足安全可靠、乘坐舒适、、操纵方便和人类对于完美的追求 ，汽车作为现在最常用产品，已经从最开始的纯机械式的发展到现
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
在除了机械之外融合了材料、电子、控制等多学科多领域，而且功能越来越丰富，可靠性和舒适性也越来来好，现在的汽车正朝着电动车甚至是智能车的方向发展。在电动车的发展方向，轮边驱动被认为是电动汽车的最终形式，但是人们对于电动汽车的能量效率以及操纵稳定性，行驶安全性和乘坐舒适性的要求日益增加，因此关于轮边电机驱动的能量效率以及操纵稳定性，行驶安全性和乘坐舒适性所相关的轮边电机驱动系统，主动悬架系统和综合控制系统已经成为现在车辆工程方面的研究重点。
由于电动汽车的驱动力形式的不同，电动汽车主要分为两种类型，一种是通过采用电机替代发动机并装有专门的传动系统的集中驱动式电动车，第二种是利用轮边电机的技术直接驱动车轮的轮边驱动式电动汽车。其中，轮边驱动式的电动汽车其动力系统分布灵活，同时省略了传统汽车和上述第一种汽车的机械传动系统，使得整车质量大大降低，结构简洁而紧凑、增大可利用的空间，传动链的距离缩短、传动效率也有了明显的提高。同时，由于轮边电机的转矩响应比内燃发动机快速、精确，并且可以通过线控的技术直接完成各轮驱动力和制动力的独立控制，集成了ABS, TCS,DYC,ESP, EBD等底盘稳定性系统，降低了单车成本和对额外附件的依赖。因此，第二种形式的轮边驱动结构比传统内燃机和第一种的电动汽车的集中电机驱动更容易实现动力学控制和复杂的运动，已经将其认为是电动汽车的最终驱动形式，是国内外电动汽车技术研究的重点和热点之一，成为了电动汽车成长的一个独立而特殊的方向。
悬架作为现代汽车上的重要总成。汽车的悬架系统的好坏将直接影响到汽车的使用性能特别是操作舒适性、转向轻便性、稳定性和轮胎的使用寿命等方面，而在汽车的众多不同悬架系统中，独立悬架中的多连杆独立悬架是目前汽车中应用较为广泛的。悬架系统是连接车身与车轮的部分，其主要作用包括，传力减振和减冲，合理的设计悬架系统可以将汽车的驾驶，操作性能提高。
现在的车辆对于动力性的要求十分重要。在车辆实际投产之前通过数字化虚拟样机的技术对车辆进行动力学等方面的仿真分析，并针对仿真结果对之前的结构参数进行优化，可以很大程度上降低研发的成本。所以掌握并利用模拟仿真技术对我国汽车技术水平的发展，技术成本的降低有很大帮助，同时减少研发成本提高市场的竞争力。
所以本文选择了轮边电机的前悬架系统作为研究方向，通过UGCAD等专业的软件的利用，进行建模，分析，出图等。
1.2国内外的研究现状及分析
国外的发达国家在汽车前悬架系统的运动学和动力学方面的研究发展的较为领先，早在1956年，Segel等率先创造出“线性二自由度”和“线性三自由度”的关于悬架的数学模型。随着对汽车操纵稳定性的不断研究，现在国外已经有了“线性六自由度”“线性七自由度”的数学模型。一直到九十年代，国外计算机进一步的发展和普及，出现了更多的关于系统动力学，运动学的专业软件，能够对各种运动副，构建和汽车的动力学模型组成的系统进行较大的，全面的模拟分析和测试。使得汽车悬架系统可以在制造之前就进行很好的模拟运算。
国内在汽车的悬架研究起步比较晚，特别是刚体运动的计算机分析上工作起步较晚。在七十年代初,清华大学和长春汽车研究所同时进行了汽车动力学研究。他们的研究工作主要集中在汽车的平顺性、操纵稳定性等性能指标的检测方法、试验方法和操纵稳定性力的数学模型的建立方法、模型的建立方法、性能预判方法和系统的优化设计等。
除此之外在悬架系统的设计方法和理论的研究方面国内也有很大的发展。七十年代中期,郭孔辉院士首先提出了优选汽车悬架系统参数的设计方法主要是根据概率统计原理来设计计算的,这一方式后来被国内的研究人员采用普遍,成为了国内对于汽车悬架系统的参数等优化设计研究的起始。2001数学年,吉林大学的玄圣夷利用模块建立了相关于麦弗逊悬架专家系统知识库体系的参数化模型。2004年,上海汽车集团车辆工程研究院的艾维全、廖芳、王承、高世杰等人,将麦弗逊式前悬架的传统的直形下控制臂设计成了S形,使得l形控制臂的球头销和控制臂前部连接衬套的中间在汽车的纵方向和“偏移”相近,即在汽车纵轴线上坐标一致。这样的设计让设计拥有麦弗逊式前悬架的汽车有了更好的形式平顺性和操纵稳定性，同时在悬架系统对转向系及制动系影响的研究方面。2007年,河北工业大学的卞学良利用多刚体系统动力学中的一种方法,创立了轮式车辆麦弗逊悬架和转向系统的运动方程式,更推导出了系统关联的矩阵、体铰矢量矩阵、通路矩阵以及系统约束等方程。并且在此的基础上建立了麦弗逊式前悬架的转向梯形断开点位置的优化模型。在这个优化模型中,为获得最佳的优化效果可以根据转向的要求提出一种权重函数。
1.3 本文研究的主要内容
本课题使用UG软件对轮边驱动的电动汽车的前悬架建立三维模型，并进行三维仿真分析，以给厂方确定方案提供可靠依据。主要的设计内容包含了以下几个方面:
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的来源背景和意义 1
1.2国内外的研究现状及分析 2
1.3，本文研究的主要内容 3
第二章 UG与CAD软件简介 4
2.1 UG软件简介 4
2.2 CAD软件简介 4
第三章 汽车悬架系统在整车中的作用及其性能要求 . 6
3.1电动汽车底盘的主要参数选择及配置介绍 6
3.2汽车悬架系统的作用 6
3.2.1弹性原件及其作用 7
3.2.2减振器及其作用 7
3.2.3导向机构及其作用 7
第四章 前悬架系统的建模与基本参数的确定 8
4.1前悬架系统的组成 8
4.2前悬架系统基本参数的确定 8
第五章 模型的建模过程 9
总结 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
第一章 绪论
1.1课题的来源背景和意义
为了满足安全可靠、乘坐舒适、、操纵方便和人类对于完美的追求 ，汽车作为现在最常用产品，已经从最开始的纯机械式的发展到现
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
在除了机械之外融合了材料、电子、控制等多学科多领域，而且功能越来越丰富，可靠性和舒适性也越来来好，现在的汽车正朝着电动车甚至是智能车的方向发展。在电动车的发展方向，轮边驱动被认为是电动汽车的最终形式，但是人们对于电动汽车的能量效率以及操纵稳定性，行驶安全性和乘坐舒适性的要求日益增加，因此关于轮边电机驱动的能量效率以及操纵稳定性，行驶安全性和乘坐舒适性所相关的轮边电机驱动系统，主动悬架系统和综合控制系统已经成为现在车辆工程方面的研究重点。
由于电动汽车的驱动力形式的不同，电动汽车主要分为两种类型，一种是通过采用电机替代发动机并装有专门的传动系统的集中驱动式电动车，第二种是利用轮边电机的技术直接驱动车轮的轮边驱动式电动汽车。其中，轮边驱动式的电动汽车其动力系统分布灵活，同时省略了传统汽车和上述第一种汽车的机械传动系统，使得整车质量大大降低，结构简洁而紧凑、增大可利用的空间，传动链的距离缩短、传动效率也有了明显的提高。同时，由于轮边电机的转矩响应比内燃发动机快速、精确，并且可以通过线控的技术直接完成各轮驱动力和制动力的独立控制，集成了ABS, TCS,DYC,ESP, EBD等底盘稳定性系统，降低了单车成本和对额外附件的依赖。因此，第二种形式的轮边驱动结构比传统内燃机和第一种的电动汽车的集中电机驱动更容易实现动力学控制和复杂的运动，已经将其认为是电动汽车的最终驱动形式，是国内外电动汽车技术研究的重点和热点之一，成为了电动汽车成长的一个独立而特殊的方向。
悬架作为现代汽车上的重要总成。汽车的悬架系统的好坏将直接影响到汽车的使用性能特别是操作舒适性、转向轻便性、稳定性和轮胎的使用寿命等方面，而在汽车的众多不同悬架系统中，独立悬架中的多连杆独立悬架是目前汽车中应用较为广泛的。悬架系统是连接车身与车轮的部分，其主要作用包括，传力减振和减冲，合理的设计悬架系统可以将汽车的驾驶，操作性能提高。
现在的车辆对于动力性的要求十分重要。在车辆实际投产之前通过数字化虚拟样机的技术对车辆进行动力学等方面的仿真分析，并针对仿真结果对之前的结构参数进行优化，可以很大程度上降低研发的成本。所以掌握并利用模拟仿真技术对我国汽车技术水平的发展，技术成本的降低有很大帮助，同时减少研发成本提高市场的竞争力。
所以本文选择了轮边电机的前悬架系统作为研究方向，通过UGCAD等专业的软件的利用，进行建模，分析，出图等。
1.2国内外的研究现状及分析
国外的发达国家在汽车前悬架系统的运动学和动力学方面的研究发展的较为领先，早在1956年，Segel等率先创造出“线性二自由度”和“线性三自由度”的关于悬架的数学模型。随着对汽车操纵稳定性的不断研究，现在国外已经有了“线性六自由度”“线性七自由度”的数学模型。一直到九十年代，国外计算机进一步的发展和普及，出现了更多的关于系统动力学，运动学的专业软件，能够对各种运动副，构建和汽车的动力学模型组成的系统进行较大的，全面的模拟分析和测试。使得汽车悬架系统可以在制造之前就进行很好的模拟运算。
国内在汽车的悬架研究起步比较晚，特别是刚体运动的计算机分析上工作起步较晚。在七十年代初,清华大学和长春汽车研究所同时进行了汽车动力学研究。他们的研究工作主要集中在汽车的平顺性、操纵稳定性等性能指标的检测方法、试验方法和操纵稳定性力的数学模型的建立方法、模型的建立方法、性能预判方法和系统的优化设计等。
除此之外在悬架系统的设计方法和理论的研究方面国内也有很大的发展。七十年代中期,郭孔辉院士首先提出了优选汽车悬架系统参数的设计方法主要是根据概率统计原理来设计计算的,这一方式后来被国内的研究人员采用普遍,成为了国内对于汽车悬架系统的参数等优化设计研究的起始。2001数学年,吉林大学的玄圣夷利用模块建立了相关于麦弗逊悬架专家系统知识库体系的参数化模型。2004年,上海汽车集团车辆工程研究院的艾维全、廖芳、王承、高世杰等人,将麦弗逊式前悬架的传统的直形下控制臂设计成了S形,使得l形控制臂的球头销和控制臂前部连接衬套的中间在汽车的纵方向和“偏移”相近,即在汽车纵轴线上坐标一致。这样的设计让设计拥有麦弗逊式前悬架的汽车有了更好的形式平顺性和操纵稳定性，同时在悬架系统对转向系及制动系影响的研究方面。2007年,河北工业大学的卞学良利用多刚体系统动力学中的一种方法,创立了轮式车辆麦弗逊悬架和转向系统的运动方程式,更推导出了系统关联的矩阵、体铰矢量矩阵、通路矩阵以及系统约束等方程。并且在此的基础上建立了麦弗逊式前悬架的转向梯形断开点位置的优化模型。在这个优化模型中,为获得最佳的优化效果可以根据转向的要求提出一种权重函数。
1.3 本文研究的主要内容
本课题使用UG软件对轮边驱动的电动汽车的前悬架建立三维模型，并进行三维仿真分析，以给厂方确定方案提供可靠依据。主要的设计内容包含了以下几个方面:
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