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原文传递轮边驱动系统垂向振动负效应的抑制方法研究

论文题名：	轮边驱动系统垂向振动负效应的抑制方法研究
关键词：	驱动系统;垂向振动;负效应;可控悬架;载质量;车辆;结构非线性;电动车;悬架系统;轮毂电机;空间结构;动力吸振器;车轮;总体设计;驱动单元;控制策略;车身;动载荷;阻尼;轴间预瞄
摘要：	轮边驱动电动车开发过程中，由于轮毂电机的引入，整车的非簧载质量显著增加，引起车辆垂向性能的变化，直接影响该类型电动车的推广。本文主要研究非簧载质量过大对车辆垂向性能的影响，探索抑制非簧载质量过大引起车辆垂向振动负效应的方法，具体研究内容如下：首先，本文基于1/4车辆模型，在不同等级路面、不同车速工况下分析非簧载质量变化对车辆垂向性能的影响；从时域、频率域对分析结果进行处理，得到非簧载质量过大对车辆垂向性能影响的主要方式为车轮动载荷过大，从而导致轮胎接地性变差，前后轮胎等效侧偏刚度变化，直接影响到车辆安全性。接着，本文从根源和传递途径上探讨抑制轮边驱动系统垂向振动负效应的方法，包括总体设计、悬架空间结构非线性设计、可控悬架控制策略研究、动力吸振器建模与应用。轮边驱动电动车的总体设计主要研究驱动单元布置方案、整车关键零部件的悬置方式、轮胎选型和轮毂电机选型等因素对车辆垂向性能的影响。研究表明：采用合理的驱动单元布置方案可以从根源上直接消除非簧载质量过大带来的负面影响；轮毂电机的结构形式直接决定车辆非簧载质量的大小；由于轮边驱动电动车质量分布呈现多模块集中质量的特点(如动力蓄电池、燃料电池堆、电机控制器等)，在满足各个模块自身抗振动冲击要求的前提下，合理的选择模块的悬置特性能够提高车辆的垂向性能，从而缓解非簧载质量过大带来的负效应。建立考虑空间结构尺寸、空间安装位置的双横臂—扭杆弹簧悬架系统的非线性数学模型，研究该悬架系统所具有空间结构非线性(结构非线性阻尼、结构非线性刚度)，研究空间结构非线性曲线的形状和大小对车辆垂向性能的影响，提出非线性范围内的悬架导向杆件、悬架等效阻尼和悬架等效刚度设计方法，并应用此方法对悬架系统进行设计与优化，虚拟样机试验表明，该方法能够综合提高车辆的垂向性能，避免悬架等效阻尼设计失衡。传统可控悬架的控制策略主要追求车辆舒适性。本文理论分析可控悬架的阻尼主动LQG控制和轴间预瞄控对抑制大质量电动轮垂向振动负效应的有效性。某轮边驱动电动车的仿真分析表明：采用LQG最优控制策略，在保证舒适性不变条件下，非簧载质量的最大允许质量达到46kg；轴间预瞄控制进一步提高了可控悬架的性能。基于可控悬架，轮边驱动电动车的驱动单元方案、轮毂电机功率的分配出现新特征。本文分别建立车轮吸振型、车身吸振型和车轮—车身耦合型车辆—吸振器系统的数学模型，研究利用动力吸振器抑制大质量电动轮垂向振动负效应的效果。研究表明：车轮型对于降低车轮动载荷有效，但是受悬架、车身和底盘等的空间及位置限制；车身—车轮耦合型对于缓解非簧载质量过大带来的负效应有限，而且空间更不易实现；合理的选择车身型动力吸振器参数能够降低车轮动载荷，而且该思想可以和车辆总体设计及模块化设计综合考虑。最后，本文对未来研究方向进行了简要的展望。关键词：轮边驱动，垂向振动负效应，双横臂-扭杆弹簧悬架系统，动力吸振器
作者：	宁国宝
专业：	车辆工程
导师：	万钢;余卓平
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文