某微小型電動(dòng)車的底盤懸架選型及　布置分析

馬遠(yuǎn)征，楊春艷（.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，長(zhǎng)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(dòng)車的底盤懸架選型及布置分析

馬遠(yuǎn)征1，楊春艷2（1.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，長(zhǎng)沙 410000； 2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

本文結(jié)合微小型電動(dòng)車特有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧等特點(diǎn)，對(duì)常用的幾款底盤懸架進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析及對(duì)標(biāo)同類車型懸架使用形式，確定一個(gè)適合該微小型電動(dòng)車開(kāi)發(fā)要求的底盤前后懸架方案，并通過(guò)ADAMS建模對(duì)該方案的底盤懸架布置進(jìn)行K&C特性分析，驗(yàn)證該懸架選型及布置方案的可行性，為項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)工作打好基礎(chǔ)。

微小型電動(dòng)車；底盤懸架；選型；布置

馬遠(yuǎn)征

畢業(yè)于湖南大學(xué)，本科學(xué)歷，現(xiàn)任湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開(kāi)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(lái)，我國(guó)的汽車行業(yè)迅速發(fā)展，由此帶來(lái)的能源壓力與環(huán)境負(fù)擔(dān)受到越來(lái)越高的關(guān)注和重視。相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，電動(dòng)汽車在零排放和低使用成本方面的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，逐漸得到各汽車制造廠的青睞。電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)以傳統(tǒng)燃油汽車為基礎(chǔ)演變而來(lái)，傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)更換為電動(dòng)汽車的蓄電池組和電動(dòng)機(jī)，使汽車的質(zhì)量和質(zhì)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(dòng)汽車的行駛穩(wěn)定性。本文介紹了一款微小型電動(dòng)車的底盤懸架選型及布置分析。

1微小型電動(dòng)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(lái)，其主要任務(wù)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(dòng)，使車輪在路面不平和載荷變化時(shí)獲得理想的運(yùn)動(dòng)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(dǎo)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(diǎn)

總體來(lái)說(shuō)，懸架可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩類，非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架與車架連接，而獨(dú)立懸架則是左右車輪分別通過(guò)各自的懸架與車架連接。

獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是簧下質(zhì)量??；懸架占用空間小，小剛度彈簧降低了車身震動(dòng)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(jìn)行多種前期方案的設(shè)計(jì)，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維修困難，多用于總質(zhì)量不太大的車型。獨(dú)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(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在左右輪在彈跳時(shí)會(huì)相互牽連，輪胎角度的變化量小使輪胎的磨耗??；在車身高度降低時(shí)也不容易改變車輪的角度，使操控的感覺(jué)保持主客觀一致；構(gòu)造簡(jiǎn)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(dú)立懸架，左右輪在彈跳時(shí)的相互牽連會(huì)降低乘坐的舒適性及操控的安定性；同時(shí)因構(gòu)造簡(jiǎn)單使設(shè)計(jì)的自由度小，操控的穩(wěn)定性較差。

1.2微小型電動(dòng)車懸架選擇

A、本文所涉及的電動(dòng)汽車，在上一代某車型基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新改進(jìn)，按項(xiàng)目開(kāi)發(fā)要求遵循以下三個(gè)原則進(jìn)行懸架選型。

1、懸架盡量采用桿件，板件和型材組合等簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

2、低成本，輕量化，結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，性能上也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。

3、借鑒既有產(chǎn)品、成熟技術(shù)。

B、常用前后懸架對(duì)比

對(duì)于汽車前懸架，目前基本上均采用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，由連桿機(jī)構(gòu)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(duì)位置，在彈簧的作用下使車輪可以相對(duì)車身上下運(yùn)動(dòng)。表1、表2列舉了幾種常見(jiàn)的前后懸架優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：

表1　常用前懸架優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

表2　常用后懸架優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

以下圖片為幾種常見(jiàn)的前后懸架結(jié)構(gòu)形式：

C、對(duì)標(biāo)車前后懸懸架選型，如表3所示：

表3　對(duì)標(biāo)車前后懸架

綜合以上ABC三條， 基于公司現(xiàn)有的成熟技術(shù)以及麥弗遜懸架特有的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合電動(dòng)車本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕等特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)其他同類型車系，本項(xiàng)目前懸選用麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸選用單斜臂式獨(dú)立懸架?？紤]到該電動(dòng)車最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量只有730Kg，可以通過(guò)對(duì)麥弗遜式前懸進(jìn)行擺臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提高抗側(cè)傾能力，因此前懸取消橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)，同時(shí)達(dá)到減重目的。所選前后懸架形式如圖7所示：

2　微小型電動(dòng)車底盤布置分析

在進(jìn)行該電動(dòng)車的底盤懸架布置時(shí)，主要考慮以下匹配因素：

（1）為了使得在無(wú)助力轉(zhuǎn)向的情況下，轉(zhuǎn)向較輕便，盡量使瞬時(shí)轉(zhuǎn)向軸線經(jīng)過(guò)輪心布置，這樣保證主銷偏移距小使得方向盤轉(zhuǎn)矩也會(huì)同時(shí)減小。

（2）由于本項(xiàng)目定義電動(dòng)車為前驅(qū)車，電機(jī)，驅(qū)動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)：左前點(diǎn)襯套橫向布置，右邊前點(diǎn)斜向布置，有利于減小車輪跳動(dòng)時(shí)的縱向和側(cè)向位移。

（5）布置硬點(diǎn)要保證前后懸側(cè)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(duì)該前后懸架進(jìn)行建模和仿真分析，得到平行輪跳、反向輪跳、同向側(cè)向力、反向側(cè)向力及同向縱向力工況下的懸架KC特性分析結(jié)果曲線。如下各圖所示：

2.2分析結(jié)果

前后懸架的前束角變化都應(yīng)使整車具有不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。具體來(lái)說(shuō)，前懸架的前束角變化多設(shè)計(jì)成負(fù)前束角變化（車輪上跳時(shí)前束角外張，toeout），后懸架的前束角變化多設(shè)計(jì)成正前束角變化（車輪上跳時(shí)前束角內(nèi)收，toe-in）。前束變化的較理想設(shè)計(jì)特性值為：前輪上跳時(shí)，為零至負(fù)前束（-0.5°/50mm），即弱負(fù)前束變化；后輪上跳時(shí)，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(shí)，前懸前束角表現(xiàn)為負(fù)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(shè)計(jì)要求，有利于車輛的不足轉(zhuǎn)向。

對(duì)于外傾角，前后懸架常設(shè)計(jì)成車輪上跳時(shí)外傾角朝負(fù)值方向變化，而在下落時(shí)朝正值方向變化。這種特性有利于提高輪胎的側(cè)偏性能，同時(shí)使轉(zhuǎn)向過(guò)程中的外傾車輪保持垂直，以增加轉(zhuǎn)向附著能力。對(duì)于外傾變化，不同懸架結(jié)構(gòu)有較大差異，一般上跳時(shí)，對(duì)車身的外傾變化為-2°～+0.5°/50mm較為適宜。而對(duì)于該小型電動(dòng)車，將前懸設(shè)計(jì)為微小的正外傾是為了獲得良好的不足轉(zhuǎn)向，并使轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)要求。

由圖16至圖27初步的分析結(jié)果可見(jiàn)，在當(dāng)前匹配條件下，受側(cè)向力時(shí)內(nèi)側(cè)車輪Toe角減小，外側(cè)車輪Toe角增大，有利于不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，負(fù)的縱向力前束特性，說(shuō)明車輛制動(dòng)時(shí)，車輪toe-in，有利于提高制動(dòng)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(jié)論

結(jié)合一款微小型電動(dòng)車的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)要求，通過(guò)分析及對(duì)比，確定該該電動(dòng)車底盤懸架方案為麥弗遜式獨(dú)立前懸架和單斜臂式獨(dú)立后懸架。經(jīng)ADAMS建模對(duì)該選型方案的懸架布置進(jìn)行K&C特性分析，驗(yàn)證了該懸架選型及布置方案的可行性。奠定該電動(dòng)車項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)良好的工作基礎(chǔ)，并為后續(xù)軟工裝造車起到重要的理論指導(dǎo)作用。

［1］陳立平，張?jiān)魄?，任位群，覃?機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］陳軍.MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實(shí)例.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.

［3］余志生.汽車?yán)碚?北京：機(jī)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(chǔ)，科學(xué)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(shù)，2010（2）：1-5.

專家推薦

李少華：

在微型電動(dòng)車的開(kāi)發(fā)工作，通過(guò)多種獨(dú)立懸架對(duì)比和平行輪跳變化曲線可行性分析，對(duì)電動(dòng)車底盤懸架方案選擇有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)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