论文总字数：28371字

摘 要

1. 分析双横臂悬架的结构形式及当前主流设计，确定悬架结构方案。
2. 选择轮毂电机，设计计算行星轮减速机构，对轮内传动结构进行机械设计，注重轻量化，确定悬架几何设计中lca_outer和uca_outer侧向位置。
3. 分析方程式赛车悬架设计关键参数，进行Kamp;C相关参数的计算，设计悬架几何模型。
4. 基于ADAMS/Insight对悬架参数进行DOE优化设计。
5. 分析悬架评价指标，基于ADAMS进行Kamp;C分析，进行双轮跳动仿真试验。进行整车直线加速和蛇形工况模拟试验，分析失效形式。
6. 根据优化后的悬架几何建立悬架三维模型。
7. 基于CATIA对悬架关键部件进行应力校核。

关键词：悬架设计；轮毂驱动；大学生方程式赛车；ADAMS优化；

In-wheel drive Electric car suspension design and optimization

02011403 Guo Dongdong

Supervised by Yin Guodong

Abstract: Formula SAE is an international Engineering competition for college student ,which is organized by the American Society of automotive engineers. The object of the competition is to design and manufacture a mini high performance racing car. FSC (Formula Student China) and FSEC (Formula Student Electric China) are established in China for fuel vehicles and electric vehicles, respectively. Since hub drive is the only method of realizing a four in-wheel motor drive for FSAE car, the in-wheel drive is very important for improving the acceleration and steering performance of the car. However, using the in-wheel motor will lead to the complexity directly and interference, as well as the impact of the suspension kinematic parameters. Suspension is a key parts of chassis assembly, chassis and other parts of the structure will have an impact on the suspension’s performance and layout, and the suspension affects the car’s performance and stability directly. Due to the complexity of hub drive structure, there is no four in-wheel drive formula car in China at present. This paper using the FSAE car as the research object, structure design for in-wheel drive system and design the suspension system, includes the following aspects:

1. Analysis of structure of double wishbone suspension and the design scheme.
2. Select the motor, design the planetary wheel reducer and the wheel drive structure.
3. Analysis of the key parameters of the suspension design for the formula car, the calculation of the kinematics and the parameters of the elasticity, and design the geometric model of the suspension system .
4. Optimization of suspension based on ADAMS/Insight.
5. Analysis of suspension evaluation index, ADAMS kinematics and elasticity analysis based on simulation test of wheel, beating. Do Linear acceleration and snake simulation to evaluate the vehicle’s performance and failure modes .
6. According to the optimized structure, build the model of suspension in CATIA.
7. The stress checking of the key parts of suspension based on ANSYS.

Key words: suspension design; in-wheel drive; formula SAE; ADAMS optimization;

目录

第一章绪论 1

1.1 选题的背景和意义 1

1.1.1驱动方式的优缺点 1

1.2 轮毂驱动电动汽车悬架研究现状及趋势 2

第二章 悬架的设计及计算 4

2.1 大学生方程式赛车悬架概述 4

2.2 双横臂悬架的设计流程 4

2.3 设计要求和方案选择 5

2.4 悬架参数的设计 5

2.4.1整车参数 5

2.4.2前轮定位参数及悬架几何参数 6

2.4.3相关刚度计算 10

第三章 悬架运动学仿真与优化设计 15

3.1 双轮跳动仿真分析 15

3.2 悬架优化设计 17

3.3整车直线加速和蛇形绕桩仿真 23

第四章 轮内减速器及悬架控制臂结构设计 28

第五章 关键零件有限元强度校核 32

致谢 35

参考文献 36

第一章绪论

选题的背景和意义

Formula SAE赛事由美国汽车工程师协会（the Society of Automotive Engineers简称SAE）主办，是面对大学生组队参与的国际赛事，比赛的目的是设计、制造一辆小型的高性能赛车。2014年第五届中国大学生方程式汽车大赛，有来自近70所高校的60支燃油赛车队和20支纯电动赛车队，包括湖南大学、厦门理工学院、清华大学、同济大学、北京理工大学等拥有优秀车辆工程专业的高校共计2000余名师生参赛。方程式大赛作为一项工程技术竞赛，着重考验学生的设计研发，工程管理、制造能力，是培养汽车工程师的摇篮。悬架作为底盘总成的重要组成部分，对整车的操纵稳定性和平顺性具有重要影响^[1]。四轮轮毂电机独立驱动能够极大提高车辆的直线加速和过弯能力，但由于其复杂的轮内传动结构和对悬架主销铰接点的影响，目前国内尚无大学生方程式车队研制出四轮轮毂电机驱动方程式赛车。

1.1.1驱动方式的优缺点

目前主流的驱动方式有两种，分为集中式驱动和分布式驱动^[13]。分布式驱动又可分为轮边驱动和轮毂驱动。轮毂驱动具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑等突出优点，且通过独立控制电动机驱/制动容易实现精准的动力学控制功能，将有利于提高车辆综合性能。轮毂电机驱动电动汽车与燃油汽车结构上最大差异在于轮边结构，包括悬架系统、制动系统和传动系统。

轮毂驱动具有以下优点：

1. 无离合器、差速器、传动轴等部件，使得整车质量更轻。
2. 转动效率更高，结构紧凑，可节约出发动机或中置电动机安装空间。
3. 对于大学生方程式赛车，由于前舱被车手腿部占据，无法安装电机或传动轴。前舱外部有转向拉杆及悬架控制臂，会与轮边电机干涉。所以轮毂电机是唯一的四轮驱动方案。而四轮驱动通过电子控制可以实现差速，还可以实现直接控制电机扭矩输出来分配四轮不同的抓地力，极大提高车辆的加速性能和转弯性能。

轮毂驱动具有以下缺点：

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