【正文】 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)力的動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。根據(jù)我國轎車設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在初選尺寸時(shí) , l2／ l1l取 0． 65為宜。綜合以上分析，該懸架的 l2／ l1應(yīng)在 0． 6～ 1． 0范圍內(nèi)。當(dāng) l2／l1=1． 0時(shí)， δ 和γ均為直線并與橫坐標(biāo)垂直，這時(shí)， δ 和γ在懸架運(yùn)動(dòng)過程中保持定值。由圖可以看出，當(dāng)上、下橫臂的長度之比為 0． 6時(shí)， By曲線變化最平緩； l2／ l1增大或減小時(shí)， By曲線的曲率都增加。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 30 圖 上、下橫臂長度之比 1l /2l 改變時(shí)懸架運(yùn)動(dòng)特性 圖 l1保持原車值不變，改變上橫臂長度 l2，使 l2／ l1，分別為， 0． 6， 0． 8， 1． 0， 1． 2時(shí)計(jì)算得到的懸架運(yùn)動(dòng)特性曲線。這一方面是考慮到布置發(fā)動(dòng)機(jī)方仙。 圖 選擇上、下橫臂橫線縱向傾角的線圖 4．上、下橫臂長度的確定 雙橫臂式懸架的上、下臂長度對車輪上、下跳動(dòng)時(shí)前輪的定位參數(shù)影響很大。接著可用圖 ，先選定球銷中心距，從圖 dλ／ df1值與初選的球銷中心距在圖上沿虛線所示的路線找到上、下橫臂的夾角 (β 2— β 1)，如布置上允許即認(rèn)為初選成功?！?3176。該圖由三組線圖組成：圖 (以重力加速度 g的百分?jǐn)?shù)表示 )，前輪上方車身下沉量 f1，與抗前俯率 η d的關(guān)系；圖 ，為下橫臂擺動(dòng)軸線與水平線夾角β 1不相同時(shí)，主銷后傾角λ的變化；率 dλ／ df1，河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 29 與抗前俯率的關(guān)系；圖 ，主銷后傾角λ的變化率 dλ／ df1與上、下橫臂擺動(dòng)軸線夾角 (β 2— β 1)的關(guān)系。當(dāng)車輪上跳時(shí)，懸架每壓縮 lOmm，主銷后傾角變化范圍為 10′ 一 40′ 。因此，希望轎車的主銷后傾角原始值為 1176。當(dāng)車輪上跳、主銷后傾角變大時(shí)．車身卜的懸架支承處會產(chǎn)生反力矩，有抑制制動(dòng)時(shí)前俯的作用。如組合方案為上、下橫臂斜置角 α α 2都為正值，如圖 ，則主銷后傾角隨車輪的上跳較少增加甚至減少 (當(dāng) α 1α 2時(shí) )。上、下橫臂斜置角不同的組合方案，對車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化規(guī)律有很大影響。 圖 水平面內(nèi)上 、下橫臂軸布置方案 為了使輪胎在遇到凸起路障時(shí)能夠使輪胎一面上跳，一面向后退讓，以減少傳到車身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)前置發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的懸架下橫臂軸M— M的斜置角。 下橫臂軸 M— M和上橫臂軸 N— N與縱軸線的夾角，分別用 α 1和 α 2來表示，稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上、下橫臂軸的水平斜置角。 2．橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 比較圖 、 b、 c三圖可以清楚地看到，上、下橫臂布置不同，所得側(cè)傾 中心位置也不同，這樣就可根據(jù)對側(cè)傾中心位置的要求來設(shè)計(jì)上、下橫臂在橫向平面內(nèi)的布置方案。 圖 1? 、 2? 的匹配 對 ? 的影響 為了提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時(shí)后傾角增大；在彈簧拉伸時(shí)后傾角減小，用以造成制動(dòng) 時(shí)因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動(dòng)前俯的力矩。圖中橫坐標(biāo)為λ值，縱坐標(biāo)為車輪接地中心的垂直位移量。 雙橫臂式獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1．縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案 上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對主銷后傾角的變化有較大影響。它自 20 世紀(jì) 60 年代問世以來多用在后輪驅(qū)動(dòng)的汽車的后懸架上。具有車輪接地性能好，縱橫兩向承受外力的能力強(qiáng)的特點(diǎn)，從而可獲得良好的操縱穩(wěn)定性。 單斜臂式獨(dú)立懸架是介于單橫臂式和單縱臂式之間的一種懸架結(jié)構(gòu)形式，單斜臂繞與汽車縱軸線成一定夾角θ的軸線擺動(dòng)。目前，汽車上廣河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 26 泛采用上下臂不等長的雙橫臂式獨(dú)立懸架（主要用于前懸架）和麥弗遜式獨(dú)立懸架。麥弗遜式懸架也稱滑柱連桿式懸架，可看作是燭式懸架的改進(jìn)型，由于增加了橫擺臂改善了滑動(dòng)立柱的受力狀 況。不等長的雙橫臂式獨(dú)立懸架多應(yīng)用于轎車前輪上。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式 雙橫臂式 單橫臂式 側(cè)傾中心高度 比較低 比較高 車輪相對車身跳動(dòng)時(shí)車輪定位參數(shù)的變化 車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角均有變化 車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角變化大 輪距 變化小，故輪 胎磨損速度慢 變化大，故輪胎磨損速度快 懸架側(cè)傾角剛度 較小，需要用橫向穩(wěn)定器 較大，可不裝橫向穩(wěn)定器 橫向剛度 橫向剛度大 占用空間尺寸 占用較多的空間 占用較小的空間 其他 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，前懸架用的多 結(jié)構(gòu)簡單、成本低、前懸架架用的少 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式 單縱臂式 單斜臂式 側(cè)傾中心高度 比較低 居單橫臂式和單縱臂式之間 車輪相對車身跳動(dòng)時(shí)車輪定位參數(shù)的變化 主銷后傾角變化大 有變化 輪距 不變 變化不大 懸架側(cè)傾角剛度 較小，需要裝橫向穩(wěn)定器 居單橫臂式和單縱臂式之間 橫向剛度 橫向剛度小 橫向剛度較小 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 25 占用空間尺寸 幾乎不占用高度空間 其他 結(jié)構(gòu)簡單，成本低 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式 麥弗遜式 扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式 側(cè)傾中心高度 比較高 比較低 車輪相對車身跳動(dòng)時(shí)車輪定位參數(shù)的變化 變化小 左、右輪同時(shí)跳動(dòng)時(shí)不變 輪距 變化很小 不變 懸架側(cè)傾角剛度 較大，可不裝橫向穩(wěn)定器 橫向剛度 橫向剛度大 占用空間尺寸 占用的空間小 其他 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，乘用車商用的較多 結(jié)構(gòu)簡單，用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)乘用車的后懸架 由上表及查閱同類資料可知采用單橫臂式獨(dú)立懸架用于轉(zhuǎn)向輪時(shí)，會使主銷內(nèi)傾角和車輪外 傾角發(fā)生較大的變化，對于轉(zhuǎn)向操縱有一定的影響，故目前在前懸架中很少采用。因此，懸架占用的空間尺寸也用來作為評價(jià)指標(biāo)之一。 不同類型的懸架占用的空間尺寸不同，占用橫向尺寸大的懸架影響發(fā)動(dòng)機(jī)的布置和從車上拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)的困難程度。 橫向剛度 懸架的橫向剛度影響操 縱穩(wěn)定性。 懸架側(cè)傾角剛度 當(dāng)汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時(shí)，在側(cè)向力的作用下，車廂繞側(cè)傾軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并將此轉(zhuǎn)動(dòng)角度稱之為車廂側(cè)傾角。 車輪定位參數(shù)的變化 車輪相對車身上下跳動(dòng)時(shí)，主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角及車輪前束等定位參數(shù)會發(fā)生變化。側(cè)傾中心位置高，它到車身質(zhì)心的距離縮短，可使側(cè)向力臂及側(cè)向力矩小些，車身的側(cè)傾角也會減小。評價(jià)時(shí)常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： 側(cè)傾中心高度 汽車在側(cè)向力的作用下，車身再通過左、右車輪中心的橫向垂直平面內(nèi)發(fā)生側(cè)傾時(shí)，相對于地面的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，稱為側(cè)傾中心。 獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)形式分析 獨(dú)立懸架又分為雙橫臂式、單橫臂式、雙縱臂式、單縱臂式、單斜臂式、麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式等幾種類型。獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維修不便。 以上優(yōu)點(diǎn)使獨(dú)立懸架廣泛地被應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上，特別是轎車的轉(zhuǎn)向輪普遍采用了獨(dú)立懸架。 3） 采用斷開式車橋，發(fā)動(dòng)機(jī)總成的位置便可降低和前移，使汽車質(zhì)心下降，提高了汽車的行駛穩(wěn)定性。在道路條件和車速相同時(shí)，非簧載質(zhì)量越小，則懸架所受到的沖擊載荷也越小。 獨(dú)立懸架具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1） 在懸架彈性元件一定的變形范圍內(nèi)，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，而互不影響，這樣在不平道路上行駛時(shí)可減少車架和車身的振動(dòng)，而且有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的不良現(xiàn)象。隨著高速公路網(wǎng)的發(fā)展，促使汽車速度不斷提高，使得非獨(dú)立懸架已不能滿足汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求。另外。前后懸架均采用縱置鋼板非獨(dú)立懸架的汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，內(nèi)側(cè)懸架處于減載而外側(cè)懸架處于加載狀態(tài)，結(jié)果與懸架固定連接的車橋的軸線相對汽車縱向中心線偏轉(zhuǎn)一角度α。 2）獨(dú)立懸架其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車橋做成斷開的，每一側(cè)的車輪可以單獨(dú)地通過彈性懸架與車架連接，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)跳動(dòng)，互不影響。汽車懸架可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力、（驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要轉(zhuǎn)遞到車架上，以保證汽車的正常行駛。 4) 實(shí)現(xiàn)汽車底盤系統(tǒng)的電子化、主動(dòng)化。 3) 對車輪采用制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，則可大大提高汽車能量利用效率，且與采用單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車相比，其能量回收效率也獲得顯著增加。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比有以下特點(diǎn)： 1) 傳動(dòng)系統(tǒng)得到減化，整車質(zhì)量大大減輕。 車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn) 電動(dòng)汽車車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用獨(dú)立控制的電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)汽車的車輪，車輪之間沒有機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)。而車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)（即采用輪轂電機(jī)的電動(dòng)輪）則可使電動(dòng)汽車底盤實(shí)現(xiàn)電子化，主動(dòng)化，大大提高電動(dòng)汽車的性能。這種布置難以充分發(fā)揮電動(dòng)汽車的優(yōu)勢。經(jīng)過近些年的發(fā)展，電動(dòng)汽車技術(shù)日趨成熟，部分產(chǎn)品已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用如 Toyota Prius。與輪邊電機(jī)方式相比，輪轂電機(jī)方式具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要包括： （ 1）可以完全省略傳動(dòng)的傳動(dòng)裝置，整體動(dòng)力利用效率大大提高； （ 2）輪轂電機(jī)使得整車總布置可以采用扁平化的底盤結(jié)構(gòu)型式， 車內(nèi)空間和布置自由度得到極大的改善； （ 3）車身上幾乎沒有大功率的運(yùn)動(dòng)部件，整車的振動(dòng)和噪聲舒適性得到極大改善； （ 4）輪轂電機(jī)方式便于實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)型式，有利于極大改善整車的動(dòng)力性能； （ 5）輪轂電機(jī)作為執(zhí)行元件，利用響應(yīng)速度快和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)便于實(shí)現(xiàn)包括線控驅(qū)動(dòng)、線控制動(dòng)以及線控整車動(dòng)力學(xué)控制在內(nèi)的整車動(dòng)力學(xué)集成控制，提高整車的主動(dòng)安全性。但是，安裝在車身上的電機(jī)對整車總布置的影響很大，尤其是在后軸驅(qū)動(dòng)的情況下。 所謂輪邊電機(jī)方式是指每個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但是電機(jī)不是集成在車輪內(nèi)，而是通過傳動(dòng)裝置（例如傳動(dòng)軸）連接到車輪。 但是，分散電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有以下缺點(diǎn)： （ 1）為滿足各輪運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對多個(gè)電機(jī)的同步協(xié)調(diào)控制要求高； 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 21 （ 2）電機(jī)的分散安裝布置提出了結(jié)構(gòu)布置、熱管理、電磁兼容以及振動(dòng)控制等多方面的技術(shù)難題。 缺點(diǎn)是： （ 1）傳動(dòng)鏈長，傳動(dòng)效率低； （ 2）通常要求使用高轉(zhuǎn)速大功率電機(jī)，對電機(jī)性能要求高。 輪轂電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)分析 通常，電動(dòng)汽車采用集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式。 對于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，需要通過多級變速箱來近似實(shí)現(xiàn)理想的汽車驅(qū)動(dòng)特性，如圖 所示。因此相同的底盤結(jié)構(gòu)只需更換不同功率的輪轂電機(jī)，即可獲得不同的整車動(dòng)力性能。為了提高輪轂電機(jī)的外形通用性， 考慮在一定功率范圍內(nèi)的輪轂電機(jī)采用相同的外形結(jié)構(gòu)。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 19 圖 TM4一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng) 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院在 2021 年、 2021 年和 2021 年分別推出了采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的四輪驅(qū)動(dòng)燃料電池微型電動(dòng)汽車動(dòng)力平臺“春暉一號”和“春暉二號”，兩者均采用四個(gè)低速永磁直流無刷輪轂電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，匹配相應(yīng)的盤式制動(dòng)器。該一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng)的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的額定功率為 ，峰值功率可達(dá)到 80kw，峰值扭矩為 670Nm，額定轉(zhuǎn)速為 950rpm，最高轉(zhuǎn)速為 1385rpm，而且額定工況下的平均效率可達(dá)到 %。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 18 圖 KAZ一體化輪轂電機(jī)系統(tǒng) 法國 TM4 公司設(shè)計(jì)制造的一體化輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 KAZ 的前、后輪轂電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。為了使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速符合車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速要求， KAZ 的輪轂電機(jī)系統(tǒng)匹配了一個(gè)傳動(dòng)比為 的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。 2021 年，最新推出了以鋰電池為動(dòng)力源，采用 8個(gè)大功率交流同步輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)大轎車 KAZ，最高時(shí)速達(dá)到 311km/h。 1996 年，該小組聯(lián)合日本國家環(huán)境研究所研制了采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車 ECO，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用永磁直 流無河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 17 刷電動(dòng)機(jī)，額定功率為 ，峰值功率為 20kw，并配速比為 1： 5 的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。 國內(nèi)外典型輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 日本慶應(yīng)義塾大學(xué)環(huán)境信息學(xué)部清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的電動(dòng)汽車研究小組在過去的十幾年中，一直以基于輪轂電機(jī)的全輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車為研究對象，至今已試制了五種不同型式的樣車。 輪轂電機(jī)的電機(jī)類型分 為永磁、感應(yīng)、開關(guān)磁阻式。 電機(jī)應(yīng)用類型與特點(diǎn)分析 輪轂電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照電機(jī)磁場的類型分為徑向磁場和軸向磁場兩種類型。由于電動(dòng)機(jī)電制動(dòng)容量的存在，往往可以使制動(dòng)器的設(shè)計(jì)容量可以適當(dāng)減小。 輪轂電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由于電機(jī)電制動(dòng)容量較小，不能滿足整車制動(dòng)效能的要求，通常需要附加機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。圖所示為兩種結(jié)構(gòu)形式的輪轂電機(jī)。 圖 輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 高速內(nèi)轉(zhuǎn)子的輪轂電機(jī)具有較高的比功率，質(zhì)量輕，體積小，效率高，噪聲小，成本低；缺點(diǎn)是必須采用減速裝置，使效率降低，非簧載質(zhì)量增大，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受線圈損耗、摩擦損耗以及變速機(jī)構(gòu)的承受能力等 因素的限制。為了獲得較高的功率密度，電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常