轮毂电机质量对电动汽车的舒适度和稳定性的影响.pdf

轮毂电机质量对电动汽车的舒适度和稳定性的影响 D.J.范·思卡尔维克和 M.J.坎普 电机实验 ，电气与电子工程系，斯坦林布什大学 南非斯泰伦博斯，南非 7602，电子邮箱：kamper@ sun.ac.za 文摘：轮毂电机的研究一直被视为对电动汽车的推动，但是由于第二代 汽车模型的各种各样的消极因素而没有被正确运用。其中之一就是增加 车轮质量对汽车的稳定性、安全性、舒适性的影响的不确定性。在这篇 论文中，系统的频率分析和模拟是使用一个简单的模型来完成的，这个 简单的模型代表了车辆的悬架系统和车轮。用中心驱动车辆的分析和模 拟结果比较标准车辆的分析和模拟结果，结果表明，增加车轮质量对车 辆稳定性没有影响，并且，频率响应在舒适性的可接受范围内。 索引词：轮毂电机；固有频率；悬架系统； 第一部分：介绍 通过对轮毂电机的介绍引入电动汽车的世界，一个关键的问题出现了： “对于轮毂电机，增加车轮质量对车辆的安全性和舒适性有什么影响？” 对于非簧载质量，调节车辆车身的推进力，可以让每个车轮可以增重 50 千克或更多。大多数车辆悬架系统的研究针对于标准车辆 【1】。从 没有真正地调查在做增加的非簧载质量的研究。有些建议声明非簧载质 量不应该超过簧载质量的 20% 【2 】。当前公路车辆没有达到这一比率， 而且，也没有真正的证据支持这一比率。通过增加车轮质量，车轮的惯 性增加了。在道路条件反应期间，增加的车轮惯性导致了更高的加速力。 这些力将相对高水平的压力作用在车轮的连接点和接触点。即使对于经 验丰富的车辆驾驶者，这些力也会导致驾驶舒适性的恶化。 调查的目的是通过频率分析和仿真，来研究簧载质量和非簧载质量之间 的质量变化对车辆的影响。比较模拟结果和标准车辆的数据来确定是否 有可能增加车辆的非簧载质量。 增加的质量也对车辆的操纵性有影响。研究这个领域超出了学习的范围， 因为模型和分析非常复杂。以后将有一个研究来验证第一个结果以及模 拟车辆操纵。这是作者的观点，这个研究会提供足够的信息来作出的、 对于增加非簧载质量研究的必然结论。 第二部分 车辆模型 A．1/4 车辆悬架模型 车辆运用二自由度 （2DOF ）建模 【3 】。这个系统包含两个悬浮质量， 他们通过两套弹簧缓冲系统连接。使用一个 2 自由度系统的优点是，它 给出车辆完整悬架系统和轮胎的一个目前来说简单又精确的模型。模型 允许在实用的道路条件下，对悬架和轮胎偏转的观察。该模型是一个用 于悬架仿真的标准模型 【1,4】。它代表了一个车辆的四分之一，因此称 它为四分之一车辆悬架模型。 图一：代表了 1/4 车辆悬架模型。质量，Mv 和 Ms 分别是簧载质量和 非簧载质量。这两个阻尼系数是 Bs 和 Bt，弹簧系数是 Ks 和 Kt。道 路，非簧载质量和簧载质量位移分别用 x，y，z 表示。 移互相起点相对不同。通过使用这些框架的参考，位移 x，y 和 z，可 以指出任何非簧载质量和簧载从图一可以看出，非簧载质量的位移，簧 载质量的位移，和路面上的位质量牢固连接的点。 B．动力学方程 牛顿第二定律推导出系统的运动学方程。系统有两个部分，所以要有两 个 方 程 都 能 满 足 。 这 两 个 方 程 是 ： 两个力，Fv 和 Fs，分别是作用在簧载质量和非簧载质量上的力，他们 可 以 通 过 图 一 找 到 。 系 统 的 动 力 学 方 程 是 ： C.轮跳 这里有一个真实的现象：车辆的轮胎与地面失去连接，也被称为“轮跳”。 这种现象需要被考虑，因为在模拟中，由于快速变化的路况或悬架系统 的不稳定，轮胎和道路有可能会失去连接。 轮胎和道路表面的最后一个连接点发生在非簧载质量和道路表面从各 自的起点发生相等的位移的时候，即 y-x=O. 轮胎的弹性和阻尼引起的力只在轮胎和道路表面接触的时候才会施加。 将 轮 跳 纳