轮边驱动电动车大质量电动轮垂向振动负效应主动控制

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・ 根据该电动车的实际参数， 选用一个滤波白噪声作为路面输入模型， 即： ・ ! !! #$$$ !!"# " !%# $ （ ， （ 为白噪声’ 根据表 & 中提供的参数， 利用模型图 & 图 #") 分别给出了车身加速 % &） % &） ’进行仿真(
度、 车轮动载荷和悬架动挠度的各自均方根值与非簧载质量的变化关系仿真结果( 非簧载质量的增加对车 身振动加速度均方根值影响小， 如图# ； 非簧载质量的增加对悬架动挠度均方根值影响也很小， 如图 * ； 非 簧载质量增加对车轮动载荷均方根值影响很大， 见图 ) 车轮动载荷增加很大， 这样影响了车轮的转弯性 ( 能和横向稳定性， 从而影响了整车的安全性等( ! " ! 车速对垂向振动负效应的影响 " &， 在该车速范围内研究车速对车身振动加速度和车 该型号的电动车常用车速范围为& ・ $ " + $, . 轮动载荷的影响， 可以得到： 随着车速的提高， 车身振动加速度均方根值、 悬架动挠度均方根值和车轮动载 荷均方根值都随之增大， 如图+ ， 为了剔除车速的影响， 研究垂向振动负效应的时候可以采用在常 /所示， 用车速范围内综合考虑的方法(
第)卷第!期 ’ $ $ *年 !月
中 国 工 程 机 械 学 报 A M N O P + PQ R ( S O 1 TR UA R O + 8 S ( A 8 N R O V1 A M N O P S W
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轮边驱动电动车大质量电动轮垂向 振动负效应主动控制
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／ （) 轮胎阻尼# ・ ・ 4 * $
／ （9 ） 簧载质量 ’( : ／ （ ） 非簧载质量 ’$ 9 :
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参数值
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／ （) 悬架阻尼# ・ ・ 4 *+$） ( ／ （) 轮胎刚度! ・ * $
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下截止频率% ／ 7 8 / 轮胎动载荷加权系数& $ 悬架动行程加权系数& ( 车身加速度加权系数& ,
0 0
积， 每条曲线积分值最小值对应的阻尼比即为该项评价指标所对应的最佳阻尼比( 选用不同阻尼系数进行 仿真并积分计算， 绘制均方根值积分值和阻尼比的关系曲线， 如图 1 ， 则车身振动加速度均方根的最佳阻 尼比为$ ， 而车轮动载荷均方值的最佳阻尼比为 ， 因此该车的悬架阻尼比的最佳选择范围为 ( & + $ ( * # $ ( & + " ， 在实际设计中， 由于扁平式车架的空间限制， 需要联合考虑悬架动挠度 为了提高整车安全性， 根据动 $ ( * # ( 载荷均方根值最小原则选取阻尼比为$ ， 对应的各项参数值见表#列项 “轮边驱动车被动悬架” 中值( ( # 2 )
［ ］ ! 架设计和车身造型设计， 空间利用率高 ， 有效地降低了车身中心的高度， 提高了整车的安全性和稳定
、 四电动轮驱动 （ 和两电动轮驱动 （ 性， 并且可以实现灵活的驱动形式， 如两电动轮驱动 （ ’ IJ） ) IJ） ’ IJ） （ ） 等多种形式， 因此该类型电动车的研发是十分必要的& 轮毂电机形式大质 K两轮常规驱动 ’ A . 9 <J = 6 < 7 量电动轮是该类型电动车的一个关键部件， 引入该电动轮后， 整车的非簧载质量明显地增加， 直接影响到 轮胎的接地性能、 道路友好性和整车平顺性等& 传统能源动力车辆的车轮没有内置轮毂电机， 因此国内外 对非簧载质量引发轮胎接地性能和车身加速度变化的研究很少， 随着国家和企业对四轮驱动电动汽车投 入力度加大， 非簧载质量增大而引发的安全性和平顺性变化凸现出来， 因此必须从技术角度对非簧载质量 引发的一系列垂向振动负面效应进行全面研究， 寻求解决措施& 文献 ［ ］ 建立了’自由度模型， 指出簧载质量和非簧载质量的比值大小对车身加速度或平顺性有影 ’ 响， 并指出由于非簧载质量的惯性， 在坑洼路面其能够改善车辆的平顺性； 文献 ［ ］ 对轮边驱动电动车的应 L
! " # $ % &" ’ ( # ) ’ * ’ + % & ) # $ " , * % $ ) , # $ ’ (( & , # $ % & $ ( + * / & ( " & 0 $ ( 1 / " & 1 . $ 3/ ( 0 ) / ( , 0 0’ + $ ( 6 7 3 & & *5 ’ # ’ )& * & " # ) $ "% & 3 $ " * & 23 . 4 .5
・ ・ 图2 车速 % 对! " 的影响 ! ・ ・ %. (! # $ & 2 ’ ( ) * + , ( , . ) % "!
图3 车速 % 对! $ 的影响
0
・ ・ ! ， 图4 阻尼比对 ! "!， $ 0
夏存良， 宁国宝
（同济大学 汽车学院， 上海 ’ ） $ $ $ " ’
摘要：根据某型号轮边驱动电动车的悬架特性参数， 建立了该车的被动悬架和主动悬架模型， 全面分析非簧载 质量过大引起的垂向振动负效应， 研究主动悬架解决该项问题的有效性& 研究表明： 大质量电动轮垂向振动负效 应主要表现为车轮动载荷过大， 汽车行驶安全性降低； 基于线性二次最优控制理论的主动悬架对于解决垂向振 动负效应效果明显& 关键词：电动轮；非簧载质量；垂向振动负效应；主动悬架 中图分类号： () * ! & !
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序号 $ ( , ! " -
参数 ／ （) 悬架刚度! ・ * (
+ $）
参数值 ( (, $( . # , ( / // / / / ( / ( , 5
序号 . 5 6 $ / $ $ $ (
参数名称 路面不平度系数 "/ ／ （* 0
+ $） , ・ ’’ 1 2
（ ） $ （ ） (
（( （( ’$ ( *! $ )* ,%+! ( ( *( $） $ $ *&） 式 （ ） （ ， ） 中的参数意义如表$所示# $ (
・ ・
# 大质量电动轮的垂向振动负效应
万方数据 # $ ! 垂向振动负效应
源自文库 &期
夏存良， 等： 轮边驱动电动车大质量电动轮垂向振动负效应主动控制
图! ! ／ "车辆悬架模型 ／ # $ & ! ! "’ ( ) $ * + ( , , ( / , $ 0 /1 0 2 ( + % . 表! ! ／ 车辆模型主要参数 " ／ 4 7 4 1 ( 8 ( 7 , 3 4 5 & ! ! "6 ( ) $ * + (1 0 2 ( +1 4 $ /.
／ ! 建立! "车辆模型被动及主动模型
该电动车实际空间结构基本上对称于其纵轴线， 悬挂质量分配系数近似等于 $ ， 假定左、 右车辙的不 平度函数相同， 则该电动车平顺性被动模型可以简化为$ ／ 如图 $ ； !车辆车身车轮双质量系统振动模型， % 同时建立该车的主动悬架模型， 图$ ； 该车的电动轮被动悬架结构如图$ 描述上述两种模型的微分方程 & ’ # 组分别为式 （ ） 和式 （ ） 模型参数和随机线性二次最优控制所需参数如表$ $ ( # #
作者简介：夏存良 （ ， 男， 江苏宝应人， 硕士生& 万方数据 ! " # $ %）
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第 !卷
用发展状况进行了详细的描述； 文献 ［ ］ 通过特殊形式电机将非簧载质量转化为簧载质量， 从而减小非簧 ! 载质量带来的负面效应； 文献 ［ ］ 指出利用电机质量构造吸振器对非簧载质量引发的垂向振动负效应进行 " 控制# 所有文献表明， 非簧载质量对整车的平顺性和安全性有很大的影响， 但是上述文献都没有全面分析 非簧载质量过大带来的垂向振动负效应， 而且最终解决措施的实施存在成本高、 可行性难等特点# 笔者将 根据某型号轮边驱动电动车的悬架特性参数， 建立该车双横臂扭杆弹簧被动悬架模型和主动悬架模型， 全 面分析非簧载质量过大引起的垂向振动负效应， 研究主动悬架解决该项问题的有效性#
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# 主动悬架控制效果研究
# " $ 合理选择被动悬架阻尼比 汽车悬架阻尼力特性直接影响到整车的平顺性、 稳定性和安全性( 假定该电动车在常用车速范围内不 同车速工况使用概率相同， 则该车阻尼比的确定可采用在不同阻尼比下将车身振动加速度均方根值 ! ・ ・ 、 (
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和车轮动载荷均方根值! 即求出曲线与速度轴所围图形面 悬架动挠度均方根值! ) 对速度积分的方法， "