某微小型電動車的底盤懸架選型及　布置分析

馬遠征，楊春艷（.湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司，長沙 40000； .上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

某微小型電動車的底盤懸架選型及布置分析

馬遠征1，楊春艷2（1.湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司，長沙 410000； 2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

本文結合微小型電動車特有的結構簡單、小巧等特點，對常用的幾款底盤懸架進行優(yōu)缺點分析及對標同類車型懸架使用形式，確定一個適合該微小型電動車開發(fā)要求的底盤前后懸架方案，并通過ADAMS建模對該方案的底盤懸架布置進行K&C特性分析，驗證該懸架選型及布置方案的可行性，為項目前期開發(fā)工作打好基礎。

微小型電動車；底盤懸架；選型；布置

馬遠征

畢業(yè)于湖南大學，本科學歷，現(xiàn)任湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司工程師，研究方向：整車總布置。已發(fā)表論文《基于某車型的ECU布置研究》。

引言

近年來，我國的汽車行業(yè)迅速發(fā)展，由此帶來的能源壓力與環(huán)境負擔受到越來越高的關注和重視。相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，電動汽車在零排放和低使用成本方面的優(yōu)勢越來越明顯，逐漸得到各汽車制造廠的青睞。電動汽車的開發(fā)以傳統(tǒng)燃油汽車為基礎演變而來，傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機更換為電動汽車的蓄電池組和電動機，使汽車的質量和質心位置發(fā)生較大的變化，懸架和車身的匹配需重新校定，以提高電動汽車的行駛穩(wěn)定性。本文介紹了一款微小型電動車的底盤懸架選型及布置分析。

1微小型電動車底盤懸架的選型

懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架或車身與車軸或車輪彈性的連接起來，其主要任務是傳遞作用在車輪和車架或車身之間的一切力和力矩；緩和路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，使車輪在路面不平和載荷變化時獲得理想的運動特征，保證汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性；它由彈性元件、導向裝置、減震器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿等組成。

1.1懸架種類及優(yōu)缺點

總體來說，懸架可分為獨立懸架和非獨立懸架兩類，非獨立懸架的結構特點是，左右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架與車架連接，而獨立懸架則是左右車輪分別通過各自的懸架與車架連接。

獨立懸架的優(yōu)點是簧下質量小；懸架占用空間小，小剛度彈簧降低了車身震動頻率，能改善平順性，且在起伏路面可獲得良好的地面附著能力。方便進行多種前期方案的設計，以滿足不同的設計要求，但其結構復雜，成本較高，維修困難，多用于總質量不太大的車型。獨立懸架有雙橫臂、單橫臂，雙縱臂、單縱臂、單斜臂、麥弗遜等幾種類型。

非獨立懸架的優(yōu)點主要體現(xiàn)在左右輪在彈跳時會相互牽連，輪胎角度的變化量小使輪胎的磨耗小；在車身高度降低時也不容易改變車輪的角度，使操控的感覺保持主客觀一致；構造簡單，制造成本低，容易維修；占用的空間較小，可降低車廂底板的高度。但使用非獨立懸架，左右輪在彈跳時的相互牽連會降低乘坐的舒適性及操控的安定性；同時因構造簡單使設計的自由度小，操控的穩(wěn)定性較差。

1.2微小型電動車懸架選擇

A、本文所涉及的電動汽車，在上一代某車型基礎上進行設計和創(chuàng)新改進，按項目開發(fā)要求遵循以下三個原則進行懸架選型。

1、懸架盡量采用桿件，板件和型材組合等簡單結構。

2、低成本，輕量化，結構上容易實現(xiàn)，性能上也有不錯的表現(xiàn)。

3、借鑒既有產(chǎn)品、成熟技術。

B、常用前后懸架對比

對于汽車前懸架，目前基本上均采用獨立懸架系統(tǒng)，由連桿機構和彈簧、減震器組成三角形、四邊形或其它形狀的連接方式以固定車輪與車身的相對位置，在彈簧的作用下使車輪可以相對車身上下運動。表1、表2列舉了幾種常見的前后懸架優(yōu)缺點對比：

表1　常用前懸架優(yōu)缺點對比

表2　常用后懸架優(yōu)缺點對比

以下圖片為幾種常見的前后懸架結構形式：

C、對標車前后懸懸架選型，如表3所示：

表3　對標車前后懸架

綜合以上ABC三條， 基于公司現(xiàn)有的成熟技術以及麥弗遜懸架特有的優(yōu)點，結合電動車本身的結構簡單，重量輕等特點，對標其他同類型車系，本項目前懸選用麥弗遜式獨立懸架，后懸選用單斜臂式獨立懸架。考慮到該電動車最大設計總質量只有730Kg，可以通過對麥弗遜式前懸進行擺臂結構的優(yōu)化提高抗側傾能力，因此前懸取消橫向穩(wěn)定桿設計，同時達到減重目的。所選前后懸架形式如圖7所示：

2　微小型電動車底盤布置分析

在進行該電動車的底盤懸架布置時，主要考慮以下匹配因素：

（1）為了使得在無助力轉向的情況下，轉向較輕便，盡量使瞬時轉向軸線經(jīng)過輪心布置，這樣保證主銷偏移距小使得方向盤轉矩也會同時減小。

（2）由于本項目定義電動車為前驅車，電機，驅動軸等占用空間使得擺臂的布置受到限制，在保證KC特性的前提下盡量減短擺臂以節(jié)省材料、減輕重量，因此盡量將擺臂兩內(nèi)點往外布置。

（3）后懸布置盡量將彈簧減震器靠輪心布置，保證縱臂的受力較小，傳力一比一。

（4）后懸單斜臂兩前點：左前點襯套橫向布置，右邊前點斜向布置，有利于減小車輪跳動時的縱向和側向位移。

（5）布置硬點要保證前后懸側傾中心高度匹配。

2.1前后懸K&C特性分析

在ADAMS/CAR模塊中對該前后懸架進行建模和仿真分析，得到平行輪跳、反向輪跳、同向側向力、反向側向力及同向縱向力工況下的懸架KC特性分析結果曲線。如下各圖所示：

2.2分析結果

前后懸架的前束角變化都應使整車具有不足轉向趨勢。具體來說，前懸架的前束角變化多設計成負前束角變化（車輪上跳時前束角外張，toeout），后懸架的前束角變化多設計成正前束角變化（車輪上跳時前束角內(nèi)收，toe-in）。前束變化的較理想設計特性值為：前輪上跳時，為零至負前束（-0.5°/50mm），即弱負前束變化；后輪上跳時，為正前束（0.3°/50mm），即弱正前束變化。由上圖8、9、圖12、13所示，車輪上跳時，前懸前束角表現(xiàn)為負特性，在0～-0.25°范圍內(nèi)變化；后懸前束角表現(xiàn)為正特性，變化量也在0.3°范圍內(nèi)。符合設計要求，有利于車輛的不足轉向。

對于外傾角，前后懸架常設計成車輪上跳時外傾角朝負值方向變化，而在下落時朝正值方向變化。這種特性有利于提高輪胎的側偏性能，同時使轉向過程中的外傾車輪保持垂直，以增加轉向附著能力。對于外傾變化，不同懸架結構有較大差異，一般上跳時，對車身的外傾變化為-2°～+0.5°/50mm較為適宜。而對于該小型電動車，將前懸設計為微小的正外傾是為了獲得良好的不足轉向，并使轉向輕便，利于安全行駛。如圖10、11，圖14、15所示，前后懸外傾角變化范圍最大為2°，滿足設計要求。

由圖16至圖27初步的分析結果可見，在當前匹配條件下，受側向力時內(nèi)側車輪Toe角減小，外側車輪Toe角增大，有利于不足轉向趨勢，負的縱向力前束特性，說明車輛制動時，車輪toe-in，有利于提高制動穩(wěn)定性。

反映懸架KC特性變化的參數(shù)還有很多，在這里不一一贅述。

3　結論

結合一款微小型電動車的項目開發(fā)要求，通過分析及對比，確定該該電動車底盤懸架方案為麥弗遜式獨立前懸架和單斜臂式獨立后懸架。經(jīng)ADAMS建模對該選型方案的懸架布置進行K&C特性分析，驗證了該懸架選型及布置方案的可行性。奠定該電動車項目前期開發(fā)良好的工作基礎，并為后續(xù)軟工裝造車起到重要的理論指導作用。

［1］陳立平，張云清，任位群，覃剛.機械系統(tǒng)動力學分析及ADAMS應用教程.北京：清華大學出版社，2005.

［2］陳軍.MSC.ADAMS技術與工程分析實例.北京：中國水利水電出版社，2008.

［3］余志生.汽車理論.北京：機械工業(yè)出版社，2009.3.

［4］［德］耶爾森·賴姆帕爾著，張洪欣、余卓平譯，汽車底盤基礎，科學普及出版社，1992.

［5］管欣，逢淑一，詹軍.懸架K&C特性在底盤性能分析中的研究［J］，汽車技術，2010（2）：1-5.

專家推薦

李少華：

在微型電動車的開發(fā)工作，通過多種獨立懸架對比和平行輪跳變化曲線可行性分析，對電動車底盤懸架方案選擇有一定的參考價值和指導作用。

The suspension type selection and layout analysis of a mini electric vehicle

MA Yuan-zheng1， YANG Chun-yan2
（1. Aisn auto R&D Co.，Ltd，Changsha 410205；2. SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd， Liuzhou 545007）

Base on the the unique feature of mini_EV and analysis of a few commonly used chassis suspension， benchmarking suspension form of the same type vehicle， choose the most adaptive Chassis scheme for this mini EV. In addition， verify the feasibility of the suspension type selection and layout via K&C characteristics analysis， laying the foundation for the early stage of the project development work.

Mini_EV；Chassis suspension；Suspension type selection；Layout

U463.33

A

1005-2550（2015）05-0030-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.006

2015-04-27