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0引言
国内外进行了大量的研究工作。
文献[1]基于轮边驱动系统非簧载质量增加恶化了车辆平顺性问题，研究了电机在不同输出扭矩下，通过调节主被悬架的参数来探讨改善车辆平顺性
的可行性措施，文献[2]通过动力学模型，
从理论上研究抑制驱动电机转矩波动和激振力的有效方式；文献[3]研究了电机本体中的定子形状对驱动电机振型电磁性能的影响，
提出了电机设计模型、振型、激振力这三者之间的一个近似关系；
文献[4]采用有限元法对驱动电机激振的电磁力波频域和时域进行了分析，研究了驱动电机激振磁力波随输入
电流、转子位置的变化规律，文献[5]对某纯电动汽车的固有
振动频率、
车速及路面不平度之间的关系进行了研究。分析过往的研究，
通常以簧载质量、电机激振、路面不平度中的某个来研究轮边驱动电动车的平顺性，而以电
机-路面耦合激励作用的研究较少。
本文基于电机和路面耦合激励的半车四自由度振动
模型，采用白噪声滤波法对时域内的随机路面进行平顺性
仿真分析，探究在电机-路面耦合激励作用下的轮边驱动电动车平顺性的影响及研究方法。1半车振动模型的建立1.1半车四自由度模型
为研究轮边电机驱动电动车的平顺性，
本文采用如图1所示的振动模型。
其运动微分方程如下：
（1）
式中，{z}为位移向量；{q}为路面激励向量；[m]为质量
矩阵；
[c]为阻尼矩阵；[k]为刚度矩阵；[k f ]为与路面激励对应的矩阵。
1.2平顺性评价指标
采用车身垂直加速度z ¨2、悬架动挠度f d 、车轮相对动载F d /G 加速度的时域均方根值作为评价车辆平顺性的指标。（2）（3）
（4）
（5）
式中，n 为采样点个数，a 为振动加速度。
2半车模型的平顺性分析2.1电机激振力
电机转速与车速之间的关系可以表示为：
基于半车振动模型的轮边驱动电动车平顺性分析
Ride Comfort Analysis of Wheel Drive Electric Vehicle Based on Half-car Vibration Model
高雄GAO Xiong
（福建华威钜全精工科技有限公司，
福州350001）（Fujian Huawei Juquan Precision Technology Co.，Ltd.，Fuzhou 350001，China ）
摘要：建立兼顾电机和路面耦合激励作用的半车四自由度振动模型，
采用白噪声滤波法，以B 级路面和轮边电机作为双激励源对时域内的轮边驱动电动车进行平顺性仿真，
结果表明电机激励对轮边驱动电动车的平顺性影响明显。采用AMGA 法车辆参数进行多目标优化并仿真分析，
结果表明优化后的车辆平顺性改善显著。Abstract:The four-degree-of-freedom vibration model of the half-car considering the coupling excitation of the motor and the road
surface is established,and the white noise filtering method is used to simulate the ride comfort of the wheel-drive electric vehicle in the time domain with the B -level road surface and the wheel -drive motor as the dual excitation sources.The results show that the motor excitation has a significant impact on the ride comfort of the wheel-drive electric vehicle.Multi-objective optimization of vehicle parameters using AMGA method and simulation analysis show that the optimized vehicle ride comfort is significantly improved.
关键词：耦合激励；
垂向电机激振力；轮边驱动电动车；平顺性Key words:coupling excitation ；vertical motor excitation force ；wheel drive electric vehicle;ride comfort
中图分类号:U469.72文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）05-082-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.05.026
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作者简介：高雄（1974-），男，福建平潭人，
博士，高级工程师，从事整车及零部件工作，
具体研究方向为车辆电动化与智能化。
图1半车四自由度振动模型
z b θm b
a
b k fs
c fs F （t ）z ft k rs c rs
z rt m rt q r k rt m ft
q f k ft
·82·
Value Engineering
（6）
R r 为车轮半径R r =0.36m ；i 为传动比i=10.6。
通过公式计算电机随机振动的激振力难度比较大且影响准确度。本文的电机激振力采用台架试验实测得到，电机在500rpm 下的电机垂向加速度时域信号和垂向激振力时域信号如图
2所示。
2.2路面激励
基于白噪声滤波方法的路面随机激励时域描述如下：
（7）
后轮所受路面激励q r
与前轮所受路面激励q f 之间的关系如下：
（8）
2.3车辆参数及仿真基于上述的分析，建立半车四自由度模型，采用Simulink 软件对轮边驱动电动车进行平顺性仿真，
仿真所需的车辆参数如表2所示，以B 级路面作为随机路面激励的输入，两种激励结果如表3、表4所示。3两种不同激励的比较分析图3进一步说明了两种不同激励下系统的振动特性。车辆车身加速度均方根值比较，由图3（a ）可知：
考虑电机激振力后车身加速度振幅明显变大，在初始的3s 内
表现尤为明显，在时间相位上更为延迟，即达到稳定所需
更长时间。车辆悬架动挠度加速度均方根值比较，由图3（b ）可知：考虑电机激振力后车辆悬架动挠度在初始的2s 内表现尤为明显，特别在车辆起步阶段，可见电机激励影响效果显著。车辆轮胎动载荷均方根值比较，由图3（c ）可知：考虑电机激振力后车辆悬架动挠度在初始的2s 内表现尤为明显，特别在车辆起步阶段。从以上的分析可知，驱动电机的垂向激振力对轮边驱动电动车的平顺性影响显著，
不能忽略。因此，有必要对车辆的部分参数进行优化。
4平顺性优化及仿真分析
采用AMGA 法对表1参数进行优化进行多目标优
化，优化后的目标参数如表5所示，
其他的参数与表1一致。
优化前后系统的振动特性仿真效果如图4所示。
从图4可知，优化后系统的振动特性比优化前提升显著，车身振动加速度下降了7.2%；
轮胎动载荷加速度下降了13.6%；尤其悬架动挠度加速度均方根值下降了27.6%，说明优化后的车辆平顺性提升明显。
5结论①本文考虑了电机—路面耦合激励作用的轮边驱动
电动车平顺性影响因素，
建立了电机—路面耦合激励作参数数值单位参数数值单位m ft m rt m b k fs c fs a 266.574245033370063662.665kg kg kg N/m N ·s/m m k ft k rt J b k rs c rs b 300000300000232425257043621.470N/m N/m kg ·m 2N/m N ·s/m m 表2车辆仿真参数
表3路面激励下的仿真数据
车速4050607080a fb 仿真值a rb 仿真值a ft 仿真值a rt 仿真值
0.70650.52665.71923.2399
0.77510.50646.37423.9028
0.84920.48817.02224.2132
0.91620.50457.69864.0430
0.97970.52818.37184.2480
车速
4050607080a fb 仿真值a rb 仿真值a ft 仿真值a rt 仿真值
0.70540.52415.71913.2790
0.77520.50116.37433.9243
0.85040.48827.02254.2683
0.91850.51567.69894.0813
0.98210.54528.3721 4.2826
表4电机-路面激励双激励下仿真数据
参数优化值参数优化值c fs k fs
17978247424
c rs k rs
999747566
表5优化后的部分参数
车速
（km/h ）电机转速
（rpm ）车速
（km/h ）电机转速
（rpm ）406080
312446866248
5070
39055467
表1车速与电机转速关系表
3
2.52
1.5
12345678910时间t/s
（a ）电机垂向加速度时域信号
（b ）电机垂向激振力时域信号
图2电机垂向激振力测试与信号
1200
1150
1100
1050
1000950900850800012345678910时间t/s ·83·
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用的半车四自由度模型，
分析了有无电机激励的系统响应差别。
②仿真分析了以B 级路面为代表的不同车速下的车
辆平顺性。结果表明在同一路面与车速下，
电机激励对轮边驱动电机的平顺性影响明显，
特别在起步阶段。③优化后系统的振动特性比优化前提升显著，
尤其是悬架动挠度加速度均方根值。
验证了该系统模型及优化的有效性，
为后续研究轮边驱动电动车在路面、电机双激励源下平顺性分析提供了思路与方法。
欧拉好猫电动汽车参考文献院
[1]Camerson D E,Lang J H,Umans S D.The origin and
reduction of acoutics noise in doubly salient variable reluctance motors [J].IEEE Trans.On Industry Application.2012,28(6):1250~1255.
[2]Hrorat Influence of unsprung weight on vehicle ride quality [J].Journal of sound and vibration,2018,124(3):497-516.
[3]Aromas Rojas,H.Niederkofler,J.Willerger.Comfort and
Safety Enhancement of passenger vehicles with In -wheel motors.SAE Technical paper No.2021-01-1146.
[4]刘献栋，邓志党，高峰.公路路面不平度的数值模拟方法研
究[J].北京航空航天大学学报，2003（09）：843-846.
（a ）车身振动加速度对比
（a ）车身振动加速度对比图
有电机激励无电机激励
1
0.80.60.40.2
-0.2-0.4-0.6-0.8-10
1
2
3
4
56
7
8
9
10
时间/s
1
2
3
4
56
7
8
9
10
优化前优化后
1
0.80.60.40.2
-0.2-0.4-0.6-0.8-1时间/s
（b ）悬架动挠度加速度对比
有电机激励无电机激励
0.0150.010.005
0-0.005-0.01-0.015
1
2
3
4
56
7
8910
时间/s
（c ）轮胎动载荷对比图
图4优化前后系统的振动特性比较
优化前优化后
时间/s
4000
300020001000
0-1000-2000
-30000
1
234
5678910
（c ）轮胎动载荷加速度对比图3两种不同激励下系统的振动特性有电机激励
无电机激励
40003000200010000-1000-2000-3000
1
2
3
4
56
7
8
9
10
时间/s
（b ）悬架动挠度加速度对比图
0.0150.010.005
0-0.005-0.01
-0.015
1234
5678910
时间/s
优化前优化后
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