電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)與制造-課件 第12章 電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)性能開(kāi)發(fā)

電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)性能開(kāi)發(fā)目錄CONTENTS1.底盤(pán)性能開(kāi)發(fā)流程2.主客觀(guān)評(píng)價(jià)方式3.電動(dòng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)4.電動(dòng)汽車(chē)舒適性開(kāi)發(fā)5.主動(dòng)安全性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)6.疲勞與可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn)底盤(pán)性能開(kāi)發(fā)流程01底盤(pán)性能開(kāi)發(fā)流程產(chǎn)品定義標(biāo)桿車(chē)對(duì)標(biāo)、目標(biāo)分解、零部件技術(shù)條件輸出1概念設(shè)計(jì)底盤(pán)系統(tǒng)方案定義、性能指標(biāo)設(shè)定、試驗(yàn)方案制定2詳細(xì)設(shè)計(jì)部件參數(shù)調(diào)校、偏差控制、樣車(chē)狀態(tài)設(shè)置3樣車(chē)試制K&C測(cè)試、底盤(pán)部件調(diào)校（輪胎/懸架/轉(zhuǎn)向等）、主客觀(guān)評(píng)價(jià)4量產(chǎn)前調(diào)校阻尼特性與電控系統(tǒng)優(yōu)化，鎖定性能目標(biāo)5系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)用戶(hù)反饋優(yōu)化、平臺(tái)化升級(jí)、品牌基因強(qiáng)化6汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程核心邏輯：多輪迭代（場(chǎng)地/臺(tái)架試驗(yàn)→實(shí)車(chē)驗(yàn)證→參數(shù)修正）主客觀(guān)評(píng)價(jià)方式02主客觀(guān)評(píng)價(jià)方式01客觀(guān)評(píng)價(jià)體系國(guó)際上客觀(guān)評(píng)價(jià)方法主要是依據(jù)RSV與ISO兩種標(biāo)準(zhǔn)?RSV(研究安全車(chē),前身為ESV)以駕駛安全為目標(biāo),系統(tǒng)地整理了車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性規(guī)范,從車(chē)輛的主動(dòng)安全及被動(dòng)安全角度,提出了穩(wěn)態(tài)圓周試驗(yàn)?瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)?移線(xiàn)試驗(yàn)?蛇行試驗(yàn)相關(guān)指標(biāo)的限值范圍或極值?國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)為了統(tǒng)一車(chē)輛操縱穩(wěn)定特性的評(píng)價(jià)驗(yàn)證方法,研究車(chē)輛動(dòng)態(tài)參數(shù)同車(chē)輛側(cè)向加速度的關(guān)系,制訂了一系列試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的流程規(guī)范,包括穩(wěn)態(tài)圓周試驗(yàn)?瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)?移線(xiàn)試驗(yàn)?蛇行試驗(yàn),并確立了轉(zhuǎn)向特性在車(chē)輛操縱性中的重要意義?02主觀(guān)評(píng)價(jià)體系車(chē)輛主觀(guān)評(píng)價(jià)方法始于20世紀(jì)70年代,國(guó)外汽車(chē)企業(yè)在主觀(guān)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用上的研究開(kāi)展較早,并積累了豐富的技術(shù)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),但多為企業(yè)機(jī)密,較少有對(duì)主觀(guān)評(píng)價(jià)技術(shù)和方法系統(tǒng)介紹的文獻(xiàn)發(fā)表?國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合駕駛模擬器對(duì)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性主觀(guān)評(píng)價(jià)展開(kāi)研究,從主觀(guān)評(píng)價(jià)方法?評(píng)分系統(tǒng)?主客觀(guān)一致性研究及主觀(guān)評(píng)價(jià)影響因素四個(gè)方面,介紹了當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)主觀(guān)評(píng)價(jià)這一開(kāi)發(fā)手段?電動(dòng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)03電動(dòng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)輕量化材料+電磁懸架，動(dòng)態(tài)調(diào)整剛度與高度（降低側(cè)傾，提升路面貼合度）輪轂電機(jī)/軸上電機(jī)布局，低重心設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)矩矢量控制，精準(zhǔn)分配驅(qū)動(dòng)力制動(dòng)能量回收優(yōu)化動(dòng)力平衡，提升制動(dòng)穩(wěn)定性（減少俯仰/側(cè)滑）VDSC/ESP實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)調(diào)整制動(dòng)力與動(dòng)力分配（例：某車(chē)不足轉(zhuǎn)向度66.8°/g，側(cè)傾度5.4°/g）高剛性材料降低變形，優(yōu)化風(fēng)阻與高速穩(wěn)定性能量回收系統(tǒng)電子穩(wěn)定系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)車(chē)身結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)特性對(duì)比特性穩(wěn)態(tài)（恒定輸入）瞬態(tài)（快速變化）核心場(chǎng)景直線(xiàn)行駛、勻速轉(zhuǎn)彎、穩(wěn)定制動(dòng)急加速/減速、急轉(zhuǎn)彎、緊急變道關(guān)鍵指標(biāo)橫擺角速度增益、側(cè)向加速度增益、不足轉(zhuǎn)向度響應(yīng)延遲時(shí)間、頻帶寬度、瞬態(tài)側(cè)傾角變化率技術(shù)要點(diǎn)懸架剛度匹配、輪胎抓地力優(yōu)化、質(zhì)量分布均衡主動(dòng)懸架實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩矢量控制、ABS/EBD快速響應(yīng)工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)操縱性能試驗(yàn)(1)項(xiàng)目目的通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目性能標(biāo)桿車(chē)進(jìn)行操縱穩(wěn)定性能客觀(guān)試驗(yàn),對(duì)某A0級(jí)乘用車(chē)的操縱穩(wěn)定性客觀(guān)數(shù)據(jù)和性能進(jìn)行摸底,并用于開(kāi)發(fā)車(chē)型客觀(guān)指標(biāo)設(shè)定?完成的操縱穩(wěn)定性的客觀(guān)試驗(yàn)如下:①原地轉(zhuǎn)向;②低速滾動(dòng)轉(zhuǎn)向;③轉(zhuǎn)向盤(pán)中間位置轉(zhuǎn)向;④掃頻轉(zhuǎn)向;⑤斜坡制動(dòng);⑥穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn);⑦雙移線(xiàn)?(2)操縱穩(wěn)定性能客觀(guān)試驗(yàn)該試驗(yàn)車(chē)的相關(guān)狀態(tài)信息,見(jiàn)表12-1~表12-4?表12-1試驗(yàn)車(chē)狀態(tài)工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)操縱性能試驗(yàn)表12-2試驗(yàn)設(shè)備工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)操縱性能試驗(yàn)圖12-2力矩轉(zhuǎn)向盤(pán)安裝圖12-3陀螺儀安裝工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)操縱性能試驗(yàn)表12-3操縱穩(wěn)定性客觀(guān)試驗(yàn)方法表12-4試驗(yàn)關(guān)鍵指標(biāo)電動(dòng)汽車(chē)舒適性開(kāi)發(fā)04典型路面激勵(lì)分類(lèi)顛簸路面不平整的路面,如路面凹坑?顛簸和碎石等,會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛產(chǎn)生垂直方向上的振動(dòng)?這些顛簸會(huì)直接傳遞到車(chē)輛底盤(pán)和乘員座艙,影響乘坐舒適性?縱向不平度如坑洼和溝槽,會(huì)引起車(chē)輛在縱向(前后)方向上的振動(dòng)?這種類(lèi)型的振動(dòng)通常與車(chē)速和道路紋理有關(guān)?橫向不平度橫向的路面不平度,如側(cè)向坡道和路面橫向凹凸,會(huì)引起車(chē)輛在橫向方向上的振動(dòng),對(duì)橫向穩(wěn)定性和舒適性產(chǎn)生影響?高頻振動(dòng)來(lái)自路面不均勻性?小顛簸和微觀(guān)不平整的高頻振動(dòng)?這種振動(dòng)通常會(huì)在較高速度下引起車(chē)輛的細(xì)微顫動(dòng),直接傳遞到車(chē)輛底盤(pán)和座艙,影響駕駛員和乘員的感受?沖擊和減速帶道路上的減速帶和交叉口的凸起結(jié)構(gòu)會(huì)引起較大的沖擊和振動(dòng)?這些瞬時(shí)的振動(dòng)不僅影響乘坐舒適性,還可能對(duì)車(chē)輛的懸架系統(tǒng)和底盤(pán)零部件造成額外的應(yīng)力?路噪與車(chē)輛輪胎和道路交互的噪聲,如胎噪?風(fēng)噪和機(jī)械噪聲?路噪會(huì)直接傳遞到車(chē)輛內(nèi)部,影響乘員的舒適感受?單自由度系統(tǒng)和雙自由度系統(tǒng)振動(dòng)(1)單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)化的振動(dòng)模型,主要由質(zhì)點(diǎn)?彈簧和阻尼器三個(gè)基本元素組成?這個(gè)系統(tǒng)用于模擬車(chē)輛底盤(pán)在垂直方向上的振動(dòng)?(2)雙自由度系統(tǒng)雙自由度系統(tǒng)是相對(duì)于單自由度系統(tǒng)的一種更為復(fù)雜的振動(dòng)模型?它考慮了車(chē)輛在垂直和橫向方向上的振動(dòng),因此包含了兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)?兩個(gè)彈簧和兩個(gè)阻尼器?這種系統(tǒng)更貼近實(shí)際汽車(chē)的振動(dòng)情況?傳遞函數(shù)汽車(chē)舒適性的傳遞函數(shù)是描述汽車(chē)振動(dòng)舒適性與外部激勵(lì)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型?傳遞函數(shù)通常用于分析和優(yōu)化汽車(chē)懸架系統(tǒng),以確保在不同路況下提供最佳的駕乘體驗(yàn)?傳遞函數(shù)描述了振動(dòng)輸入(如路面不平度)與振動(dòng)輸出(車(chē)輛底盤(pán)振動(dòng))之間的關(guān)系,其形式通常表示為輸入與輸出之間的復(fù)數(shù)比率?傳遞函數(shù)通常采用拉普拉斯變換表示,其基本形式為式中,H(s)為傳遞函數(shù);Y(s)為系統(tǒng)的輸出,通常代表車(chē)輛底盤(pán)振動(dòng);X(s)為系統(tǒng)的輸入,通常代表路面激勵(lì)?拉普拉斯變換s是一個(gè)復(fù)數(shù)變量,用于表示頻域特性?傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)可以通過(guò)將S替換為復(fù)平面上的jω來(lái)得到,其中ω是角頻率?汽車(chē)懸架系統(tǒng)的傳遞函數(shù)通常包含質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量?彈簧剛度?阻尼器阻尼比等參數(shù)?具體的傳遞函數(shù)形式取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性?一個(gè)簡(jiǎn)單的單自由度彈簧-阻尼器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可表示為式中,m為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量;c為阻尼器的阻尼系數(shù);k為彈簧的剛度?

舒適性分析確定分析范圍和目標(biāo):在開(kāi)始舒適性分析之前,需要明確分析的范圍和目標(biāo)?1車(chē)輛建模:建立準(zhǔn)確的車(chē)輛模型是舒適性分析的基礎(chǔ),包括車(chē)輛的幾何形狀?懸架系統(tǒng)?輪胎特性?質(zhì)量分布等2確定振動(dòng)激勵(lì):確定底盤(pán)所受到的振動(dòng)激勵(lì),包括來(lái)自路面不平?車(chē)輛加速度?制動(dòng)?轉(zhuǎn)向的激勵(lì)等?3懸架系統(tǒng)調(diào)校:通過(guò)調(diào)整懸架系統(tǒng)參數(shù),如彈簧剛度?阻尼器阻尼?懸架幾何等,優(yōu)化車(chē)輛的振動(dòng)響應(yīng)?4耦合效應(yīng)分析:考慮車(chē)輛在不同方向上的振動(dòng)耦合效應(yīng),包括縱向?橫向和垂向振動(dòng)之間的相互影響?5振動(dòng)傳統(tǒng)函數(shù)分析:采用傳遞函數(shù)分析方法,了解底盤(pán)振動(dòng)對(duì)不同頻率的響應(yīng)?6實(shí)際道路試驗(yàn):進(jìn)行實(shí)際道路試驗(yàn),驗(yàn)證模擬結(jié)果?7隔聲和隔振措施:考慮采用隔聲和隔振技術(shù),減少外部噪聲和振動(dòng)傳遞到車(chē)輛內(nèi)部?8主觀(guān)評(píng)估:進(jìn)行主觀(guān)評(píng)估,邀請(qǐng)駕駛員和乘客提供反饋?9優(yōu)化和改進(jìn):基于分析和試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行懸架系統(tǒng)和車(chē)輛結(jié)構(gòu)的優(yōu)化?10工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)平順性試驗(yàn)(1)項(xiàng)目目的通過(guò)對(duì)某A0級(jí)乘用車(chē)進(jìn)行平順性客觀(guān)試驗(yàn),對(duì)該車(chē)的平順性客觀(guān)數(shù)據(jù)和性能進(jìn)行摸底?完成的平順性的客觀(guān)試驗(yàn)如下:長(zhǎng)波路輸入?脈沖輸入?高速路?比利時(shí)路?(2)整車(chē)平順性能客觀(guān)試驗(yàn)試驗(yàn)車(chē)狀態(tài)見(jiàn)表12-5?表12-5試驗(yàn)車(chē)狀態(tài)工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)平順性試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表12-6?加速度傳感器分別布置在駕駛員座椅座墊?座椅靠背?地板?轉(zhuǎn)向盤(pán)12點(diǎn)以及車(chē)頂處;駕駛員同側(cè)乘員座椅座墊?座椅靠背以及座椅地板處,如圖12-4所示?表12-6試驗(yàn)設(shè)備圖12-4加速度傳感器布置工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)平順性試驗(yàn)試驗(yàn)方法見(jiàn)表12-7?表12-7平順性能客觀(guān)試驗(yàn)方法工程實(shí)例:某A0級(jí)乘用車(chē)整車(chē)平順性試驗(yàn)試驗(yàn)關(guān)鍵指標(biāo)見(jiàn)表12-8?表12-8試驗(yàn)關(guān)鍵指標(biāo)主動(dòng)安全性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)05主動(dòng)安全性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)(ASR)電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)(ESP)電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)(EBD)電子制動(dòng)輔助系統(tǒng)(EBA)ABS主要是借助于先進(jìn)的傳感器技術(shù)用來(lái)測(cè)試車(chē)輪的轉(zhuǎn)速,并通過(guò)車(chē)載自控系統(tǒng)計(jì)算車(chē)輪滑移率來(lái)判定車(chē)輪是否抱死,由執(zhí)行系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)各車(chē)輪的制動(dòng)力,使車(chē)輪在狹小的理想范圍內(nèi)滑移并制動(dòng)下來(lái),且車(chē)輪不會(huì)抱死?汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)是伴隨著提高汽車(chē)的加速度而誕生的一項(xiàng)重要技術(shù)課題?提高汽車(chē)的加速性能,就是在保證車(chē)輪的附著力下,獲得盡可能大的驅(qū)動(dòng)力?ESP系統(tǒng)將汽車(chē)的制動(dòng)?驅(qū)動(dòng)?懸架?轉(zhuǎn)向?發(fā)動(dòng)機(jī)等主要總成的控制系統(tǒng)在功能?結(jié)構(gòu)上有機(jī)地結(jié)合起來(lái),使汽車(chē)在各種惡劣工況下都有最佳的行駛性能?當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí),每個(gè)輪胎所受到的制動(dòng)力不同,這樣不利于車(chē)身穩(wěn),EBD就是借助傳感器檢測(cè)前后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),并由車(chē)載微處理器高速計(jì)算出各輪胎與路面間的附著力大小來(lái)合理分配制動(dòng)力,使之達(dá)到與路面附著力的理想匹配,以進(jìn)一步縮短制動(dòng)距離,使車(chē)身更穩(wěn)定,一般和ABS一起使用?在車(chē)輛行駛過(guò)程中，制動(dòng)輔助系統(tǒng)會(huì)全程監(jiān)測(cè)制動(dòng)踏板，一般正常制動(dòng)時(shí)該系統(tǒng)并不會(huì)介入，會(huì)讓駕駛員自行決定制動(dòng)時(shí)的力度大小。疲勞與可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn)06汽車(chē)耐久性的意義意義延長(zhǎng)使用壽命，降低維修成本（影響技術(shù)完好率、折舊費(fèi)）試驗(yàn)體系外場(chǎng)試驗(yàn)：試車(chē)場(chǎng)模擬極端工況（壞路、高速環(huán)道）室內(nèi)模擬：ADAMS動(dòng)力學(xué)建模+Hypermesh疲勞分析（例：某SUV后扭力梁最小循環(huán)次數(shù)10^5.58次，對(duì)應(yīng)失效里程>30萬(wàn)公里）優(yōu)化重點(diǎn)焊縫/襯套等易疲勞部位材料升級(jí)，載荷譜動(dòng)態(tài)仿真工程實(shí)例:某國(guó)產(chǎn)SUV后扭力梁疲勞分析(1)項(xiàng)目目的對(duì)某國(guó)產(chǎn)SUV后扭力梁在ADAMS軟件中建立后懸架臺(tái)架試驗(yàn),并對(duì)后扭力梁在有限元軟件中進(jìn)行疲勞分析,最終得到在此試驗(yàn)臺(tái)