摘 要

汽车行驶平顺性是影响乘客乘坐舒适性的重要因素，也是同类别汽车在市场竞争中获得优势的一个重要指标。目前有关改善汽车行驶平顺性的工作越来越受到重视。本文针对某四驱轮毂电机驱动小车平顺性不佳的问题进行了研究，运用Matlab/Simulink软件对该汽车悬架进行了仿真，重新确定其刚度及阻尼值以优化其平顺性。

本论文研究的主要内容包括：

1、研究轮毂电机驱动小车与普通乘用车平顺性的差别。

2、运用仿真软件Matlab/Simulink建立轮毂电机驱动小车的四分之一汽车悬架模型，优化其平顺性。

3、分析悬架刚度和阻尼参数对汽车平顺性的影响，结果表示适当减小悬架刚度，增加阻尼有利于提高汽车行驶平顺性。

4.前悬架总成设计。

通过本次设计，可以了解到汽车悬架与行驶平顺性之间的关系，并运用此规律去改变悬架的参数来优化汽车平顺性。本文运用了Matlab/Simulink软件，可以更加快速地改变悬架参数并仿真出结果，对于汽车平顺性的研究节省了大量实验的时间和人力物力。

关键词：行驶平顺性；轮毂电机；双横臂悬架；Matlab/Simulink仿真

Abstract

Car ride comfort is an important factor affecting the passengers' ride comfort, and it is also an important indicator of the advantages of cars in the same category in the market competition. At present, more and more attention has been paid to improving the smoothness of the car. In this paper, the problem of poor ride comfort of a certain four-wheel drive hub motor is studied. The simulation of the vehicle suspension is performed using Matlab/Simulink software, and its stiffness and damping value are re-determined to optimize ride comfort.

The main contents of this thesis include:

1. Analyze and discuss the difference in ride comfort between hub-motor-driven cars and ordinary passenger cars.

2. Based on the simulation software Matlab/Simulink, establish a two-degree-of-freedom quarter-car model of the hub-motor-driven cart to optimize its ride comfort.

3. Analyze the effect of suspension stiffness and damping parameters on the ride comfort of the car. The results indicate that the stiffness of the suspension is properly reduced, and increasing the damping can help improve the ride comfort of the car.

4. Suspension assembly design.

Through this design, you can understand the relationship between the car suspension and ride smoothness, and use this rule to change the parameters of the suspension to optimize car smoothness. In this paper, the Matlab/Simulink software can be used to change the suspension parameters more quickly and simulate the results. The study of vehicle ride comfort saves a lot of time and manpower.

Key Words：Ride Comfort；Wheel Hub Motor；Double Wishbone Suspension；Matlab/Simulink Simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 轮毂电机驱动电动汽车发展 1

1.1.1 轮毂电机驱动电动汽车概述 1

1.1.2 国外发展 1

1.1.3 国内发展 2

1.2 全轮驱动电动汽车平顺性研究 3

1.2.1 研究意义 3

1.2.2 现阶段研究的问题 3

1.2.3本文研究主要内容 4

第2章 基础理论及悬架系统运动学模型的建立 5

2.1汽车行驶平顺性的评价指标 5

2.2路面不平度输入的Simulink模型建立 6

2.3 二自由度双质量悬架模型的建立 7

第3章 基于Matlab/Simulink的悬架参数分析优化 10

3.1轮毂电机驱动车辆与普通乘用车平顺性的比较 10

3.2 基于Response Optimization模块的多目标参数优化 11

3.3优化结果 11

第4章 悬架导向机构的布置以及螺旋弹簧和减振器的设计 12

4.1 设计任务 12

4.2 悬架导向杆系的布置 12

4.3 减振器参数的计算 14

4.3.1双筒式减振器的工作原理 14

4.3.2减振器参数的计算 15

4.4 弹性元件的设计 17

4.4.1 弹性元件材料的选择 17

4.4.2 弹簧相关参数的计算 18

4.4.3 弹簧丝的剪切应力校核 20

第5章 结论 22

参考文献 23

附 录 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 轮毂电机驱动电动汽车发展

1.1.1 轮毂电机驱动电动汽车概述

随着传统能源消耗的加速，新能源汽车已然成为了汽车产业的发展方向。世界各国都在加快研究新能源汽车的步伐，所以新能源汽车核心部件被设定为相关产业链。传统的汽车驱动系统主要由发动机，变速箱，传动轴，差速器，车轴，驱动轮等组成。新能源汽车则依靠电机驱动。

图1.1 传统汽车驱动方案和轮毂电机传动方案

根据驱动电机的不同位置，新能源汽车的驱动模式可以主要分为集中式电机驱动、车轮侧电机驱动和轮毂电机驱动，后两者统称为分布式驱动系统。轮内驱动技术是最先进的电动车辆驱动技术。车轮内的驱动电机将输出扭矩直接传递给车轮，丢弃全部或部分传统离合器、减速机和传动桥等机械传动部件，使车辆结构更加简单。

1.1.2 国外发展

轮式电动汽车已经从最开始的模型车发展成目前最具有科技含量的新能源汽车。一百多年的发展，才有了如今轮毂电机驱动电车的日渐普及。19世纪90年代，Ferdinan发明了Lohner Porsche双人座前轮轮毂电机驱动的电车（图1.2）。Lohner Porsche成为轮毂电机电动车的先驱，并在1900年世界博览会上引起轰动^[1]。

当时，内燃机汽车技术发展体系还未健全，所以生产电动汽车的公司盈利能力要高于产销内燃机汽车公司，在此十年间电动汽车得到了飞速发展。但是随着大量油田的发现和使用，内燃机技术的发展逐渐超越了电动汽车，这使电动汽车的发展遭到了阻拦。直到二十世纪末，能源危机和环境污染的问题日益严重，电动汽车才重新得到人们的重视。

图1.2 Lohner Porsche 图1.3 IZA电动汽车

二十世纪初，日本庆应义塾大学清水浩与东京电力合作研发了外转子轮式电动汽车IZA^[1]，如图1.3所示。在同一时期，内转子型永磁同步电机匹配行星齿轮减速机构^[2]研发了Eliica，如图1.4所示。与此同时，丰田汽车公司发布了自己三年的成果-bridgestone外转子外转子轮毂电机驱动电车。2010年，大众发布了R-zero电动轮概念车^[3]，每个电机单独搭载800伏锂离子电池，时速可达到400公里/小时。2011年，已经有一定研究基础的清水浩学者创立了自己的研发机构，发布了采用外转子电机的SIM-LEI电动汽车。

图1.4 电动车Eliica 图1.5 福特汽车Fiesta

2012年，一家专注研究轮毂电机单元机构的ECOmove公司将其技术应用到QBEAK^[4]车型上。其后一年，福特发布了福特嘉年华E-WheelDrive轮毂电机驱动电车，如图1.5所示。2016年奔驰汽车公司发布了自己的轮毂电机驱动汽车UrbanEtruck。

1.1.3 国内发展

与其他国家相比，国内轮毂电机驱动汽车的研发相对较晚^[5]。近年来，几所重点高校在国家电动汽车“863”计划研究的基础上，对电动轮式车辆进行了研究。哈尔滨工业大学，清华大学，北京理工大学，同济大学，吉林大学等相继开展了轮毂电机驱动电动汽车的研发活动。

上世纪90年代，哈尔滨工业大学研制出盘式制动器轮毂电机驱动系统，将15kw的外转子轮毂电机应用在EV96-1型轮毂驱动汽车上^[6]。2002年同济大学开始研究自己的春晖系列，发布了春晖一号电动汽车。经过不断改进，形成“春晖”系列轮毂电机驱动电动汽车，完成了轮毂电机样车测试。春晖三号电动汽车如图1.6所示^[7]。同年，北京理工大学使用两台直流串联轮毂电机，制作出一辆低速行驶的电车E-touringCar^[8]。2006年，清华大学研制出了全轮驱动的双人电车“哈利”，如图1.7所示。2008年，吉林大学研制出由后轮轮毂电机驱动的EV-2电动汽车^[9]。

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