独立驱动轮与悬架的集成设计与优化文献综述

 2022-09-16 11:09

文献综述(或调研报告):

行业现状

独立驱动轮电动车的驱动电机分散在各个车轮处,相比于动力源集中的车辆有很多优点,同时也存在一些难以解决的问题。

优点主要体现在三个方面,分别是:电机扭矩产生迅速而准确、便于进行运动学控制和便于实时评估道路状况[1]。

存在的问题有以下几点:

  1. 在路面不平度激励下将引起电机定转子间气隙的不均匀,从而加剧轮毂电机不平衡电磁力对车辆操纵性的影响[1]。同时,道路激励和不平衡径向力之间还存在耦合效应。轮内开关磁阻电动机所受垂向力对定转子之间气息的不均匀影响远远大于其对轮胎动载荷的直接影响。道路振幅越大,车速越快,电机中的不平衡力越大,在路面激励和不平衡离同时作用会引起车身强烈振动,尤其是在随机道路上,车辆振动可能在电机定子共振频率处急剧增加[2]。
  2. 受成本和技术水平所限,电机本身的功率密度和空间利用率还不够高,而且当周围温度升高时,电机性能会收到明显影响。由于受到安装空间和密封性能的限制,配套的散热装置布置较为困难[3]。
  3. 容易在结构上产生干涉问题。轮毂电机会占用相当大的车轮处空间,这样传统的麦弗逊式、多连杆式悬架中的下控制臂、转向节等结构会与电机定子发生严重干涉。如果为了给轮毂电机留出足够的空间将悬架系统向车身轴线左右平移,则会大大增加主销偏置距等参数,影响悬架性能。
  4. 轮毂电机的存在使簧下质量大大增加,严重影响车辆动力学性能。簧下质量增加会导致悬架响应特性变化,突出体现在受到接近车身共振频率和车轮共振频率的激励时产生很大的振幅,车辆的舒适性和稳定性明显下降。

研究现状

近年来,学术界和工业界一直致力于解决上述问题。针对电机散热布置困难的问题,文献[3]提出了浮孔式转子的机构设计方案,这样扩大了有效散热面积,提升了对流换热强度。针对路面不平度激励会引起电机磁隙变化,进一步会严重影响车身操纵性的问题,文献[4]提出了加装橡胶衬套的方法。橡胶衬套安装在电机定子和轮毂之间的支撑架上以及车轮和电机转子之间,这样可以灵活的将电机隔离开来,路面不平度对电机和磁场间隙的激励被有效吸收。针对轮毂电机不容易布置,会在结构上产生干涉的问题,不同的学者提出了各自的方案。文献[5]针对前悬转向节易与电机定子发生干涉,且重新设计悬架成本过高的情况,对麦弗逊悬架进行了改良,将原来的单个下控制臂改为两个独立的控制臂,得到了适合轮毂电机驱动的新的悬架构型。建立了新型悬架系统前轮定位参数的理论计算模型和多体动力学模型,并进行了分析验证。文献[6]则介绍了一种新型轮毂电机独立驱动电动汽车的多连杆悬架结构,加入一个半环形壁,在保证连接强度的前提下节约了空间,这种结构可以运用在乘用车后悬。

针对簧下质量明显增加,垂向负效应过大的问题,国内外主要从产生负效应的根源和传递途径两方面进行分析和研究[7]。

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