半主动悬架电动轮汽车的动力学特性与振动控制研究

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1、分类号学号１ＱＢＱ１Ｑ０４学校代码１０４８８密级博：ｔ学位论文半主动悬架电动轮汽车的动力学特性与振动控制研究学位申请人：杨蔚华学科专业；机械设计及埋论指导教师：李友荣教授■ＩＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｙ－ｗｈｅｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｄｒｉｖｅ打ｂｙｉ打ｌ－ａｃｍｏｔｏｒｓｗｉｔｈｓｅｍｉｔｉｖｅｓｕｓｅｎｓｉｏｎｐＰｈ．Ｄ．Ｃａｎｄｉｄａ化：ＹａｎｇＷｅ化

2、ｕａＭａｊｏｒ：Ｍｅｃｈａ山ｃａｌＤｅｓｉｇ凸ａｎｄＴｈｅｏｒｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ＞ＬｉＹｏｕｒｏｎｇＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅ田ｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＷｕｈａｎ，Ｈｕｂｄ４３００８１，Ｐ．ＲＸｈｉｎａＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１５，武汉科技大学．研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中己经注明引用的内容或属合作研巧共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰

3、写过的作品成果。。已在中Ｗ确方式标明对本的出重要贡献的个人和集体，均文明文研究做一任请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责。申：祇期论文作者签曰名作研究生学位论文版权使用授权声明有其研不Ｗ它单位本论文的研归武汉科技大学所，究内容得其巧成果、论文的规定，表。本人学有关保留使用学位的名完全了解武汉科技大义发文收录意向有关部口（照《武汉料技大学关于研究生学位论学校保留并按同，，许论文被查和阅》的件电子版本允阅借工的规定执行）送交论文复印和作意校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进巧同学

4、。检索和对外服务－：论文作薪者签名拜戸：本ａ巧导教师签名菱—＿＇？＾之。．巧＂：期日１摘要作为未来电动汽车的发展方向及关键技术，轮毂电机驱动的电动轮汽车因其具有诸多优势已成为全球汽车工业的研究热点。但目前该类电动汽车的研发尚处于起步阶段，关键技术还没有完全突破，还存在一些不足，主要体现在：轮毂电机的本体设计和电动轮的集成问题、轮毂电机驱动引起车辆平顺性下降和控制策略不成熟等方面。本文着眼于解决电动轮汽车由于轮毂电机驱动而导致的平顺性下降问题，从改善振动传递途径入手，提出一种内置磁流变半主动悬架的多功能电动轮系统。理论上，基于半主

5、动悬架的电动轮汽车是一种复杂的智能机电系统，目前，国内外尚没有相关技术的解密报道，轮毂电机的电磁激励对该类汽车动力学特性的影响尚未引起广泛关注，而半主动悬架的应用主要集中在传统内燃机汽车，而且尚有问题待解决，有关半主动悬架在电动轮汽车上的应用研究则更少。因此，基于轮内半主动悬架，对电动轮汽车的动力学特性和振动控制进行深入研究，不但具有一定的理论研究价值，而且具有广泛的应用前景。具体工作包括以下几方面：（1）回顾和总结了国内外电动轮汽车技术的发展和研究现状，分析了现有电动轮汽车存在的两大主要问题：①非簧载质量增加导致电动轮汽车的垂向振动负效应问题；

6、②轮毂电机的电磁振动导致电动轮汽车平顺性下降问题。为解决上述问题提出了一种集动力、减振、制动和行驶为一体的高效紧凑的多功能电动轮结构方案。根据电动汽车的动力和减振要求，考虑车轮尺寸约束，分别确定了盘式永磁轮毂电机和磁流变减振器的结构方案及尺寸参数，基于Bingham粘塑性模型和粘性流体力学理论建立了混合工作模式下的磁流变减振器数学模型，并对其工作性能进行了仿真分析，最后构建了内置磁流变半主动悬架的多功能电动轮的虚拟样机，为电动轮汽车的动力学分析提供了研究对象的实体模型和参数。（2）提出围绕“路面——轮毂电机——汽车——人”新的系统框架对电动轮汽车

7、的平顺性进行分析。对四轮独立驱动电动轮汽车进行适当简化，应用动力学基本理论和状态空间法分别建立了二自由度1/4车和七自由度整车的动力学模型。具体建立了各种路面输入模型；基于电磁场基本理论和磁路法对盘式轮毂电机的电磁转矩和电机切向力进行分析，应用力学原理和数值计算方法得到了轮毂电机的垂向电磁激振力，为后续电动轮汽车的动力学特性分析和振动控制提供了模型基础。I（3）基于建立的电动轮汽车动力学模型，应用拉氏变换法得到了车身垂向加速度、悬架动挠度和轮胎动位移等平顺性指标相对于路面输入的传递函数，并推导出了三个平顺性指标的均方根值计算式。结合幅频特性和时域

8、响应均方根，全面分析了系统参数的变化对平顺性的影响规律，然后基于扰动法对各平顺性指标相对于各参数变化的灵敏度进行了分析，并找出影响平顺性