轮毂电机电动汽车轮内减震机构建模及平顺性仿真

任洪卓 陈双 张宇涵

摘 要：以自主研发的轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，设计一套电动轮内减震机构，建立装备电动轮内减震机构的三自由度1/4动力学模型，在Matlab/simulink环境中进行建模及平顺性仿真，为悬架设计提供参考。

关键词：轮毂电机;轮内减震机构;三自由度;平顺性

0 前言

随着相关政策的普及和相关技术的开发，电动汽车拥有巨大的发展潜力及市场前景。轮毂电机驱动的电动汽车因较高的空间利用率、NVH、安全性以及更简化的底盘结构，引起了广大企业及学者的广泛关注[1]。虽然轮毂电机驱动的电动汽车具有很多优势，但由于簧下质量的增加，其平顺性受到了很大的影响。针对此类问题，广大学者进行了大量的设计及研究，文献[2]建立了汽车二自由度垂向振动模型，通过改变非簧载质量，并对比分析不同簧载质量下汽车平顺性评价指标的变化。文献[3]分别建立了有无轮内减震机构的1/4二自由度动力学模型，并进行仿真分析。

本文以自主研发的轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，对装备轮内减震机构的三自由度1/4动力学模型进行建模与平顺性仿真分析。

1 电动轮内减震机构结构设计

本文研究的轮毂电机驱动电动汽车电机选择为内定子型电机，与常规的集中电机相比，省去了传动轴、差速器等机构，其结构如图1所示。此种驱动形式的电动轮，高度集成了轮毂电机、制动器、冷却系统等，可以同時实现驱动、制动以及能量回收的功能，但会引起簧下质量的增加，进而影响汽车平顺性。因此，本文将三组橡胶衬套安装于轮内相关机构连接处，构成电动轮内减震机构。其具体结构如图2所示。

2 路面模型及1/4动力学模型建立

2.1 单轮随机输入路面模型的建立

汽车行驶时，不平路面的随机振动为轮胎的激励。本文的路面输入类型选择为时域模型，输入的时间历程可以通过滤波白噪声法获得，如公式（1）所示。

（1）

式中：路面空间截止频率，单位m-1;标准空间频率，单位m-1;路面不平度系数，单位m3;随机白噪声为w（t）;车速为u，单位m/s。

2.2 三自由度1/4动力学模型建立

车辆模型为研究车辆悬架性能的基础，假设车身和车轮均为独立的刚体，二者的垂向运动互不影响;将轮胎视为具备相同垂向刚度的弹簧，且始终与地面相接触，建立装备轮内减震机构的三自由度车辆振动简化模型（如图3所示），三个自由度为车身垂向运动、车轮垂向运动及电机垂向运动，图中：q为路面激励，单位m;为轮胎刚度，单位N/m;为悬架刚度，单位N/m;为悬架阻尼，单位N·s/m;为车身质量，单位kg;为电机质量，单位kg;为车轮质量，单位kg;为

非簧载质量位移，单位m;为车身位移，单位m。

装备轮内减震机构的轮毂电机驱动电动汽车运动方程如式2至式4所示。

（2）

（3）

（4）

3 平顺性仿真分析

根据建立的路面及装备轮内减震机构的三自由度1/4动力学模型运动微分方程，在Matlab/simulink环境中进行平顺性仿真分析。车辆具体参数如表1所示。仿真工况的B级路面，车速60 km/h。仿真分析结果如图4所示。

4 结论

本文通过对装备有电动轮内减震机构的三自由度1/4动力学模型建立与平顺性仿真分析，获取了汽车平顺性评价指标，为车辆悬架的设计提供参考。

参考文献：

[1]孙文，王军年，王庆年，等.电动轮驱动系统结构设计与仿真研究[J].汽车工程，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]张中南.轮毂电机式电动汽车行驶平顺性与安全性研究[D].南京：南京林业大学，2014.