CN102092255B - 减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法 - Google Patents

减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102092255B
CN102092255B CN2011100530911A CN201110053091A CN102092255B CN 102092255 B CN102092255 B CN 102092255B CN 2011100530911 A CN2011100530911 A CN 2011100530911A CN 201110053091 A CN201110053091 A CN 201110053091A CN 102092255 B CN102092255 B CN 102092255B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
arm
mass
arm suspension
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2011100530911A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102092255A (zh
Inventor
陈辛波
唐峰
钟再敏
卢志坚
陆承超
王心坚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN2011100530911A priority Critical patent/CN102092255B/zh
Publication of CN102092255A publication Critical patent/CN102092255A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102092255B publication Critical patent/CN102092255B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构，弹性橡胶铰支承于车架，单斜臂悬架摆臂的一端与弹性橡胶铰连接，另一端与固定于减速箱体上的电机连接，减速箱体与半轴套管连接，电机动力输出端与小齿轮连接，小齿轮又与大齿轮啮合，大齿轮与半轴套管联接，经齿轮减速后，由半轴将动力输出至轮辋，以驱动车轮。减小与车轮非同心零部件的质心到单斜臂悬架摆动中心轴线的距离，即减小了等效簧下质量。本发明的优点是减小轮边驱动系统的等效簧下质量，使车轮振动频率提高，减少共振，减少来自路面的冲击和振动，改善汽车行驶的平顺性。

Description

减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法
技术领域
    本发明涉及一种电动汽车底盘与传动领域，特别涉及一种减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法。
背景技术
汽车簧下质量（非簧载质量）的大小影响着汽车行驶安全性、平顺性。目前，以电动轮为代表的轮边电驱动系统由于其驱动系统和整车结构简洁、传动效率高，各驱动轮转矩可独立控制，有利于提高恶劣路面条件下的行驶性能而成为研究热点。但由于电机安装于驱动轮内，将增大汽车簧下质量。
以往在计算汽车簧下质量时，直接将轮内所有部件的自身质量当做簧下质量。但其实这是有偏差的，且根据悬架的形式不同，其产生的偏差也将不一样。特别是在使用轮边驱动的电动汽车中，由于轮边电机质量较大，其相对于悬架的不同布置方式对汽车振动产生的影响也将有较大的不同。即，对汽车振动真正产生影响的是等效簧下质量。
轮边电驱动系统质量分布对汽车悬架系统所产生的等效簧下质量效应,并不是将轮边电驱动系统自身质量简单叠加即可，而是应考虑轮边电驱动系统质量相对于悬架的分布形式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种减小簧下质量，减少共振的减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构，所述单斜臂悬架轮边电驱动系统包括车架、弹性橡胶铰、单斜臂悬架摆臂、减速箱体、小齿轮、制动钳、制动盘、轮毂轴承、半轴、轮毂、轮辋、电机、大齿轮、半轴套管，其中弹性橡胶铰、单斜臂悬架摆臂、减速箱体、半轴套管和电机固定安装于一起，轮毂、轮辋、轮毂轴承、半轴、半轴套管及制动盘是与车轮同心的零部件，减速箱体、小齿轮、制动钳、电机及大齿轮是与车轮非同心的零部件；所述弹性橡胶铰支承于车架，单斜臂悬架摆臂的一端与弹性橡胶铰连接，另一端与电机固定连接，电机固装于减速箱体上，减速箱体与半轴套管固定连接，减速箱体内设有动力输入端和动力输出端，电机动力输出端与小齿轮连接，小齿轮又与大齿轮啮合，大齿轮与半轴套管联接，经齿轮减速后，由半轴将动力输出至轮辋，以驱动车轮。
将轮边电驱动系统安装在单斜臂悬架上，且绕单斜臂摆动中心摆动。
传统车身与车架二自由度系统振动模型，包括车身质量m2、车轮质量m1、悬架刚度K、减振器阻尼系数C、轮胎刚度Kt、输入路面不平度函数q。选择车轮和车身垂直坐标z1、z2为广义坐标，得到系统的运动微分方程为：
Figure 198529DEST_PATH_IMAGE001
考虑悬架及车轮组件实际质心位置影响的二自由度系统振动模型，m1为悬架及车轮组件质量，假设悬架及车轮组件实际质心位置到摆臂与车身的铰点长度为L1，摆臂总长为L，摆臂末端与车身铰接处随车身一起上下跳动，
Figure 574147DEST_PATH_IMAGE002
为相对于初始静平衡位置
Figure 994764DEST_PATH_IMAGE003
的转角，J1为悬架纵臂及轮边电驱动系统绕经过自身质心且平行于摆臂中心轴线的转动惯量。假设
Figure 467334DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 249957DEST_PATH_IMAGE005
为静平衡情况下上下弹簧的初始变形。
引入惯性力系，转化为静力学问题。
分析摆臂力矩平衡，得：
Figure 175188DEST_PATH_IMAGE006
        (1)
式中：
Figure 399496DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 664255DEST_PATH_IMAGE008
。
Figure 948606DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 361133DEST_PATH_IMAGE010
分析受力得：
Figure 242818DEST_PATH_IMAGE012
                                                 (2)
其中
Figure 698070DEST_PATH_IMAGE013
另根据初始静平衡情况下有：
Figure 535576DEST_PATH_IMAGE014
此外，三个坐标之间的关系为：
Figure 101687DEST_PATH_IMAGE015
                                      (3)
当
Figure 137776DEST_PATH_IMAGE002
较小时，有
Figure 701613DEST_PATH_IMAGE016
从而（1）、（2）、(3)式可简化成：
Figure 88732DEST_PATH_IMAGE017
对（6）式求导，得：
Figure 192954DEST_PATH_IMAGE018
                                                 (7)
Figure 286812DEST_PATH_IMAGE019
                                                 (8)
将（8）式代入（4）式，消去
Figure 83866DEST_PATH_IMAGE020
，将（4）式代入（5）式消去
Figure 692702DEST_PATH_IMAGE021
可得方程组：
Figure 803878DEST_PATH_IMAGE022
   
其中，
Figure 814559DEST_PATH_IMAGE023
；
比较传统二自由度系统振动模型的方程组，可以得到：等效簧下质量 
Figure 782515DEST_PATH_IMAGE024
。同时，会使得车轮垂向刚度等效为
Figure 816330DEST_PATH_IMAGE025
。
因
Figure 262355DEST_PATH_IMAGE026
一般远小于
Figure 393122DEST_PATH_IMAGE027
，且
Figure 466733DEST_PATH_IMAGE028
不大，故
Figure 50161DEST_PATH_IMAGE029
很小，故
Figure 299877DEST_PATH_IMAGE030
。
由以上分析可见，模型可视为仅是等效簧下质量发生了变化，即
Figure 222833DEST_PATH_IMAGE031
。可见减小等效簧下质量与L1和L有一定的关系。当单斜臂悬架摆动中心轴线至车轮中心长度L一定时，系统质心到悬架摆动中心轴线之间的距离大小是决定等效簧下质量大小的主要因素。这里L1是车轮及悬架组件的质心到单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离，因此该质心位置影响着L1的大小。
当然，这一等效公式可以用于单个零件产生的等效簧下质量的计算，既每个零部件的等效簧下质量可视为
Figure 532592DEST_PATH_IMAGE032
，对于每个零件而言，其
Figure 603316DEST_PATH_IMAGE033
较小，因此每个零件的等效簧下质量视为
Figure 594406DEST_PATH_IMAGE034
。其中Li为编号为i（i=2,3,…,14）的零件质心到单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离。将零件分别计算时，同样当各个零件的质心位置到单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离越小，其产生的等效簧下质量也就越小。
根据此公式，将等效簧下质量分成两部分，第一部分包括轮辋、轮毂等与车轮同心的零部件，是不可变的，其产生的等效簧下质量无法改变；第二部分由相对于单斜臂悬架摆动中心轴线距离可变的零部件产生，该等效簧下质量与自身质量成正比，该比例为其质心到悬架摆动中心轴线距离比上车轮中心到悬架摆动中心轴线距离的平方，其产生的等效簧下质量随它们质心相对于单斜臂的距离不同而不同，合理布置相对于单斜臂摆动中心距离可变的零部件，减小这些零部件质心到单斜臂悬架摆动中心轴线的距离，可减小等效簧下质量。
本发明的优越功效在于：
1）减小簧下质量使车轮振动频率提高，可以减少共振，减少来自路面的冲击和振动，提高乘员舒适性，改善汽车的行驶平顺性，提高零部件的使用寿命；
2）减小簧下质量还可以得到更好的悬吊动态反应以及提高车轮的接地性能，增加汽车的行驶安全性。
附图说明
图1为本发明采用单斜臂悬架的结构示意图；
图2为传统车身与车架二自由度系统振动模型图；
图3为考虑悬架及车轮组件实际质心位置影响的二自由度系统振动模型图；
图4为摆臂受力图；
图5为m2受力分析图；
图中标号说明
1—车架；                            2—弹性橡胶铰；
3—单斜臂悬架摆臂；                  4—减速箱体；
5—小齿轮；                          6—制动钳；
7—制动盘；                          8—轮毂轴承；
9—半轴；                            10—轮毂；
12—电机；                           13—大齿轮；
14—半轴套管。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构，所述单斜臂悬架轮边电驱动系统包括车架1、弹性橡胶铰2、单斜臂悬架摆臂3、减速箱体4、小齿轮5、制动钳6、制动盘7、轮毂轴承8、半轴9、轮毂10、轮辋11、电机12、大齿轮13、半轴套管14，其中弹性橡胶铰2、单斜臂悬架摆臂3、减速箱体4、半轴套管14和电机12固定安装于一起，轮毂10、轮辋11、轮毂轴承8、半轴9、半轴套管14及制动盘7是与车轮同心的零部件，减速箱体4、小齿轮5、制动钳6、电机12及大齿轮13是与车轮非同心的零部件；所述弹性橡胶铰2支承于车架1，单斜臂悬架摆臂3的一端与弹性橡胶铰2连接，另一端与电机12固定连接，电机12固装于减速箱体4上，减速箱体4与半轴套管14连接，减速箱体4内设有动力输入端和动力输出端，电机12动力输出端与小齿轮5连接，小齿轮5又与大齿轮13啮合，大齿轮13与半轴套管14联接，轮毂轴承8支撑于半轴套管14与轮毂10之间，轮毂10固定连接轮辋11，经齿轮减速后，由半轴9将动力输出至轮辋11，以驱动车轮。制动盘7与轮辋11、轮毂10安装在一起，并一起随车轮旋转，制动钳6则通过制动钳安装板固定于半轴套管14上。
将轮边电驱动系统安装在单斜臂悬架上，且绕单斜臂摆动中心摆动。
如图2所示，传统车身与车架二自由度系统振动模型，包括车身质量m2、车轮质量m1、悬架刚度K、减振器阻尼系数C、轮胎刚度Kt、输入路面不平度函数q。选择车轮和车身垂直坐标z1、z2为广义坐标，得到系统的运动微分方程为：
Figure 434186DEST_PATH_IMAGE001
如图3所示，考虑悬架及车轮组件实际质心位置影响的二自由度系统振动模型，m1为悬架及车轮组件质量，假设悬架及车轮组件实际质心位置到摆臂与车身的铰点长度为L1，摆臂总长为L，摆臂末端与车身铰接处随车身一起上下跳动，
Figure 914846DEST_PATH_IMAGE002
为相对于初始静平衡位置的转角，J1为悬架纵臂及轮边电驱动系统绕经过自身质心且平行于摆臂中心轴线的转动惯量。假设
Figure 815117DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 509403DEST_PATH_IMAGE005
为静平衡情况下上下弹簧的初始变形。
引入惯性力系，转化为静力学问题。
如图4所示，分析摆臂力矩平衡，得：
Figure 98648DEST_PATH_IMAGE006
        (1)
式中：
Figure 143964DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 539173DEST_PATH_IMAGE008
。
，
Figure 110762DEST_PATH_IMAGE010
如图5所示，分析
Figure 377795DEST_PATH_IMAGE011
受力得：
Figure 248799DEST_PATH_IMAGE012
                                                 (2)
其中
另根据初始静平衡情况下有：
Figure 176621DEST_PATH_IMAGE014
此外，三个坐标之间的关系为：
Figure 603054DEST_PATH_IMAGE015
                                      (3)
当
Figure 605645DEST_PATH_IMAGE002
较小时，有
Figure 129030DEST_PATH_IMAGE016
从而（1）、（2）、(3)式可简化成：
Figure 230978DEST_PATH_IMAGE017
对（6）式求导，得：
Figure 472604DEST_PATH_IMAGE018
                                                 (7)
Figure 13307DEST_PATH_IMAGE019
                                                 (8)
将（8）式代入（4）式，消去
Figure 328881DEST_PATH_IMAGE020
，将（4）式代入（5）式消去可得方程组：
Figure 330653DEST_PATH_IMAGE022
   
其中，
Figure 675046DEST_PATH_IMAGE023
；
比较传统二自由度系统振动模型的方程组，可以得到：等效簧下质量 
Figure 173024DEST_PATH_IMAGE024
。同时，会使得车轮垂向刚度等效为
Figure 616774DEST_PATH_IMAGE025
。
因
Figure 832992DEST_PATH_IMAGE026
一般远小于
Figure 715497DEST_PATH_IMAGE027
，且
Figure 5665DEST_PATH_IMAGE028
不大，故
Figure 682634DEST_PATH_IMAGE029
很小，故
Figure 120568DEST_PATH_IMAGE030
。
由以上分析可见，模型可视为仅是等效簧下质量发生了变化，即
Figure 741518DEST_PATH_IMAGE031
。可见减小等效簧下质量与L1和L有一定的关系。当单斜臂悬架摆动中心轴线至车轮中心长度L一定时，系统质心到悬架摆动中心轴线之间的距离大小是决定等效簧下质量大小的主要因素。这里L1是车轮及悬架组件的质心到单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离，因此该质心位置影响着L1的大小。
当然，这一等效公式可以用于单个零件产生的等效簧下质量的计算，既每个零部件的等效簧下质量可视为
Figure 948508DEST_PATH_IMAGE032
，对于每个零件而言，其
Figure 61958DEST_PATH_IMAGE033
较小，因此每个零件的等效簧下质量视为
Figure 924872DEST_PATH_IMAGE034
。其中Li为编号为i（i=2,3,…,14）的零件质心到单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离。将零件分别计算时，同样当各个零件的质心位置到单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离越小，其产生的等效簧下质量也就越小。
根据此公式，将等效簧下质量分成两部分，第一部分包括轮辋、轮毂等与车轮同心的零部件，是不可变的，其产生的等效簧下质量无法改变；第二部分由相对于单斜臂悬架摆动中心轴线距离可变的零部件产生，该等效簧下质量与自身质量成正比，该比例为其质心到悬架摆动中心轴线距离比上车轮中心到悬架摆动中心轴线距离的平方，其产生的等效簧下质量随它们质心相对于单斜臂的距离不同而不同，合理布置相对于单斜臂摆动中心距离可变的零部件，减小这些零部件质心到单斜臂悬架摆动中心轴线的距离，可减小等效簧下质量。
图1中弹性橡胶铰2、单斜臂悬架摆臂3、减速箱体4、小齿轮5、制动钳6、制动盘7、轮毂轴承8、半轴9、轮毂10、轮辋11、电机12、大齿轮13、半轴套管14，的质心位置为O，O至单斜臂悬架摆动中心轴线之间的距离为L1，这些零件所产生的等效簧下质量为
Figure 149179DEST_PATH_IMAGE035
。
轮辋11、轮毂10等与车轮同心的零部件其产生的等效簧下质量无法改变，而电机12、大齿轮13等零部件其相对于单斜臂的距离是根据布置不同而不同的。将等效簧下质量分成两部分，第一部分包括轮辋11、轮毂10等是不可变的，第二部分是那些相对于单斜臂摆动轴线距离可变的零部件产生的。根据图1所示，将电机12、减速小齿轮5、制动钳6、减速箱体4、及大齿轮13与车轮非同心的零部件，布置靠近于单斜臂摆动中心轴线，能有效减小系统的等效簧下质量。
单斜臂悬架轮边电驱动系统可以使用螺旋弹簧、扭杆弹簧。
单斜臂悬架轮边电驱动系统可用于非转向轮，左右成套使用。

Claims (1)

1.一种减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构，其特征在于：所述单斜臂悬架轮边电驱动系统包括车架、弹性橡胶铰、单斜臂悬架摆臂、减速箱体、小齿轮、制动钳、制动盘、轮毂轴承、半轴、轮毂、轮辋、电机、大齿轮、半轴套管，其中弹性橡胶铰、单斜臂悬架摆臂、减速箱体、半轴套管和电机固定安装于一起，轮毂、轮辋、轮毂轴承、半轴、半轴套管及制动盘是与车轮同心的零部件，减速箱体、小齿轮、制动钳、电机及大齿轮是与车轮非同心的零部件；所述弹性橡胶铰支承于车架，单斜臂悬架摆臂的一端与弹性橡胶铰连接，另一端与电机相固定，电机固装于减速箱体上，减速箱体与半轴套管连接，减速箱体内设有动力输入端和动力输出端，电机动力输出端与小齿轮连接，小齿轮又与大齿轮啮合，大齿轮与半轴套管联接，经齿轮减速后，由半轴将动力输出至轮辋，以驱动车轮；将轮边电驱动系统安装在单斜臂悬架上，且绕单斜臂悬架摆动中心摆动；轮边电驱动系统中与车轮非同心的零部件，相对于单斜臂悬架摆动中心轴线的距离是可变的，减小这些零部件质心到单斜臂悬架摆动中心轴线的距离，即减小了等效簧下质量。
CN2011100530911A 2011-03-07 2011-03-07 减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法 Active CN102092255B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100530911A CN102092255B (zh) 2011-03-07 2011-03-07 减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100530911A CN102092255B (zh) 2011-03-07 2011-03-07 减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102092255A CN102092255A (zh) 2011-06-15
CN102092255B true CN102092255B (zh) 2012-08-22

Family

ID=44125595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100530911A Active CN102092255B (zh) 2011-03-07 2011-03-07 减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102092255B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102673373A (zh) * 2012-05-16 2012-09-19 同济大学 轮边动力混合的分布式电动汽车动力系统
CN110001381A (zh) * 2019-04-16 2019-07-12 智导灵(苏州)智能科技有限公司 一种新能源汽车轮边分置式驱动总成

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2763284A1 (fr) * 1997-05-16 1998-11-20 Conception & Dev Michelin Sa Ensemble comportant une roue et une suspension integree a la roue
JP5052084B2 (ja) * 2006-09-19 2012-10-17 Ｎｔｎ株式会社 インホイール型モータ内蔵センサ付きアクスルユニット
CN200953505Y (zh) * 2006-10-09 2007-09-26 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 复合轴行星架输出型外转子轮毂电机结构
CN101638052B (zh) * 2009-08-21 2012-01-04 山东大学 独立驱动、转向、悬挂和制动的一体化车轮总成

Also Published As

Publication number Publication date
CN102092255A (zh) 2011-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102139638A (zh) 减小单横臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法
CN102092256B (zh) 减小单纵臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法
CN103121475B (zh) 驾驶室悬置最优阻尼比的设计方法
WO2004020236A1 (ja) インホイールモータシステム
CN102582389B (zh) 一种基于虚拟阻尼的车辆悬架控制方法
Chen et al. Approaches to diminish large unsprung mass negative effects of wheel side drive electric vehicles
CN204641300U (zh) 导出式多承点独立悬架
CN204250249U (zh) 自平衡电动独轮车
CN105539046A (zh) 车辆主动惯容式动力吸振悬架
CN103112508B (zh) 卡车驾驶室减振器最佳速度特性的设计方法
CN102092255B (zh) 减小单斜臂悬架轮边电驱动系统等效簧下质量结构及方法
CN104309429A (zh) 一种四轮环保电动车
CN204095429U (zh) 一种四轮环保电动车
CN108819608B (zh) 一种无悬架结构行驶系统轮式车辆的设计方法
CN110435698B (zh) 一种铁道车辆准零刚度一系悬挂系统
CN102303521A (zh) 单宽胎驱动桥用独立悬架
CN201409061Y (zh) 一种轮毂电机连接结构
CN203005011U (zh) 驱动桥用独立悬架结构
CN202053829U (zh) 弹力连杆步进装置
JP2005289321A (ja) インホイールモータ搭載全輪駆動車
CN205677998U (zh) 一种具有减震功能的从动盘
Chen et al. Optimum design of a novel in-wheel suspension of the electric wheel
CN212030930U (zh) 一种轮毂电机减振性能测试装置
CN211969149U (zh) 车辆及其驱动机构
CN205059600U (zh) 一种高速动车转向架电机悬吊机构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant