某微小型电动车的底盘悬架选型及 布置分析

马远征，杨春艳（.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，长沙 40000； .上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

某微小型电动车的底盘悬架选型及布置分析

马远征1，杨春艳2（1.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，长沙 410000； 2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

本文结合微小型电动车特有的结构简单、小巧等特点，对常用的几款底盘悬架进行优缺点分析及对标同类车型悬架使用形式，确定一个适合该微小型电动车开发要求的底盘前后悬架方案，并通过ADAMS建模对该方案的底盘悬架布置进行K&C特性分析，验证该悬架选型及布置方案的可行性，为项目前期开发工作打好基础。

微小型电动车；底盘悬架；选型；布置

马远征

毕业于湖南大学，本科学历，现任湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司工程师，研究方向：整车总布置。已发表论文《基于某车型的ECU布置研究》。

引言

近年来，我国的汽车行业迅速发展，由此带来的能源压力与环境负担受到越来越高的关注和重视。相比于传统的燃油汽车，电动汽车在零排放和低使用成本方面的优势越来越明显，逐渐得到各汽车制造厂的青睐。电动汽车的开发以传统燃油汽车为基础演变而来，传统燃油汽车的发动机更换为电动汽车的蓄电池组和电动机，使汽车的质量和质心位置发生较大的变化，悬架和车身的匹配需重新校定，以提高电动汽车的行驶稳定性。本文介绍了一款微小型电动车的底盘悬架选型及布置分析。

1微小型电动车底盘悬架的选型

悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架或车身与车轴或车轮弹性的连接起来，其主要任务是传递作用在车轮和车架或车身之间的一切力和力矩；缓和路面传给车身的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，使车轮在路面不平和载荷变化时获得理想的运动特征，保证汽车的操纵稳定性和行驶平顺性；它由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块和横向稳定杆等组成。

1.1悬架种类及优缺点

总体来说，悬架可分为独立悬架和非独立悬架两类，非独立悬架的结构特点是，左右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架连接，而独立悬架则是左右车轮分别通过各自的悬架与车架连接。

独立悬架的优点是簧下质量小；悬架占用空间小，小刚度弹簧降低了车身震动频率，能改善平顺性，且在起伏路面可获得良好的地面附着能力。方便进行多种前期方案的设计，以满足不同的设计要求，但其结构复杂，成本较高，维修困难，多用于总质量不太大的车型。独立悬架有双横臂、单横臂，双纵臂、单纵臂、单斜臂、麦弗逊等几种类型。

非独立悬架的优点主要体现在左右轮在弹跳时会相互牵连，轮胎角度的变化量小使轮胎的磨耗小；在车身高度降低时也不容易改变车轮的角度，使操控的感觉保持主客观一致；构造简单，制造成本低，容易维修；占用的空间较小，可降低车厢底板的高度。但使用非独立悬架，左右轮在弹跳时的相互牵连会降低乘坐的舒适性及操控的安定性；同时因构造简单使设计的自由度小，操控的稳定性较差。

1.2微小型电动车悬架选择

A、本文所涉及的电动汽车，在上一代某车型基础上进行设计和创新改进，按项目开发要求遵循以下三个原则进行悬架选型。

1、悬架尽量采用杆件，板件和型材组合等简单结构。

2、低成本，轻量化，结构上容易实现，性能上也有不错的表现。

3、借鉴既有产品、成熟技术。

B、常用前后悬架对比

对于汽车前悬架，目前基本上均采用独立悬架系统，由连杆机构和弹簧、减震器组成三角形、四边形或其它形状的连接方式以固定车轮与车身的相对位置，在弹簧的作用下使车轮可以相对车身上下运动。表1、表2列举了几种常见的前后悬架优缺点对比：

表1　常用前悬架优缺点对比

表2　常用后悬架优缺点对比

以下图片为几种常见的前后悬架结构形式：

C、对标车前后悬悬架选型，如表3所示：

表3　对标车前后悬架

综合以上ABC三条， 基于公司现有的成熟技术以及麦弗逊悬架特有的优点，结合电动车本身的结构简单，重量轻等特点，对标其他同类型车系，本项目前悬选用麦弗逊式独立悬架，后悬选用单斜臂式独立悬架。考虑到该电动车最大设计总质量只有730Kg，可以通过对麦弗逊式前悬进行摆臂结构的优化提高抗侧倾能力，因此前悬取消横向稳定杆设计，同时达到减重目的。所选前后悬架形式如图7所示：

2　微小型电动车底盘布置分析

在进行该电动车的底盘悬架布置时，主要考虑以下匹配因素：

（1）为了使得在无助力转向的情况下，转向较轻便，尽量使瞬时转向轴线经过轮心布置，这样保证主销偏移距小使得方向盘转矩也会同时减小。

（2）由于本项目定义电动车为前驱车，电机，驱动轴等占用空间使得摆臂的布置受到限制，在保证KC特性的前提下尽量减短摆臂以节省材料、减轻重量，因此尽量将摆臂两内点往外布置。

（3）后悬布置尽量将弹簧减震器靠轮心布置，保证纵臂的受力较小，传力一比一。

（4）后悬单斜臂两前点：左前点衬套横向布置，右边前点斜向布置，有利于减小车轮跳动时的纵向和侧向位移。

（5）布置硬点要保证前后悬侧倾中心高度匹配。

2.1前后悬K&C特性分析

在ADAMS/CAR模块中对该前后悬架进行建模和仿真分析，得到平行轮跳、反向轮跳、同向侧向力、反向侧向力及同向纵向力工况下的悬架KC特性分析结果曲线。如下各图所示：

2.2分析结果

前后悬架的前束角变化都应使整车具有不足转向趋势。具体来说，前悬架的前束角变化多设计成负前束角变化（车轮上跳时前束角外张，toeout），后悬架的前束角变化多设计成正前束角变化（车轮上跳时前束角内收，toe-in）。前束变化的较理想设计特性值为：前轮上跳时，为零至负前束（-0.5°/50mm），即弱负前束变化；后轮上跳时，为正前束（0.3°/50mm），即弱正前束变化。由上图8、9、图12、13所示，车轮上跳时，前悬前束角表现为负特性，在0～-0.25°范围内变化；后悬前束角表现为正特性，变化量也在0.3°范围内。符合设计要求，有利于车辆的不足转向。

对于外倾角，前后悬架常设计成车轮上跳时外倾角朝负值方向变化，而在下落时朝正值方向变化。这种特性有利于提高轮胎的侧偏性能，同时使转向过程中的外倾车轮保持垂直，以增加转向附着能力。对于外倾变化，不同悬架结构有较大差异，一般上跳时，对车身的外倾变化为-2°～+0.5°/50mm较为适宜。而对于该小型电动车，将前悬设计为微小的正外倾是为了获得良好的不足转向，并使转向轻便，利于安全行驶。如图10、11，图14、15所示，前后悬外倾角变化范围最大为2°，满足设计要求。

由图16至图27初步的分析结果可见，在当前匹配条件下，受侧向力时内侧车轮Toe角减小，外侧车轮Toe角增大，有利于不足转向趋势，负的纵向力前束特性，说明车辆制动时，车轮toe-in，有利于提高制动稳定性。

反映悬架KC特性变化的参数还有很多，在这里不一一赘述。

3　结论

结合一款微小型电动车的项目开发要求，通过分析及对比，确定该该电动车底盘悬架方案为麦弗逊式独立前悬架和单斜臂式独立后悬架。经ADAMS建模对该选型方案的悬架布置进行K&C特性分析，验证了该悬架选型及布置方案的可行性。奠定该电动车项目前期开发良好的工作基础，并为后续软工装造车起到重要的理论指导作用。

［1］陈立平，张云清，任位群，覃刚.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.北京：清华大学出版社，2005.

［2］陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例.北京：中国水利水电出版社，2008.

［3］余志生.汽车理论.北京：机械工业出版社，2009.3.

［4］［德］耶尔森·赖姆帕尔著，张洪欣、余卓平译，汽车底盘基础，科学普及出版社，1992.

［5］管欣，逢淑一，詹军.悬架K&C特性在底盘性能分析中的研究［J］，汽车技术，2010（2）：1-5.

专家推荐

李少华：

在微型电动车的开发工作，通过多种独立悬架对比和平行轮跳变化曲线可行性分析，对电动车底盘悬架方案选择有一定的参考价值和指导作用。

The suspension type selection and layout analysis of a mini electric vehicle

MA Yuan-zheng1， YANG Chun-yan2
（1. Aisn auto R&D Co.，Ltd，Changsha 410205；2. SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd， Liuzhou 545007）

Base on the the unique feature of mini_EV and analysis of a few commonly used chassis suspension， benchmarking suspension form of the same type vehicle， choose the most adaptive Chassis scheme for this mini EV. In addition， verify the feasibility of the suspension type selection and layout via K&C characteristics analysis， laying the foundation for the early stage of the project development work.

Mini_EV；Chassis suspension；Suspension type selection；Layout

U463.33

A

1005-2550（2015）05-0030-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.006

2015-04-27