188宝金博页面版

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net电池对电动自行车平顺性的影响3杜文华1,2,张大卫1,张云龙3,张微光3(1. 天津大学 机械工程学院 ,天津 　300072; 2. 中北大学 机械工程与自动化学院 ,山西 太原 　030051; 3. 天津市自行车研究所 ,天津 　300111)摘要 :为了研究电池部件对电动自行车平顺性的影响 ,选取全悬架电动自行车为研究对象。将电池作为独立刚体建立电动自行车 6自由度的动力学模型 ,采用滤波白噪声作为路面输入模型 ,运用 Matlab/Simulink软件对电动自行车的平顺性进行了仿真。结果表明 ,电池后置安装对人体平顺性评价较好 ,而电池前置对车架的垂直、 俯仰加速度抑制较好。在电池前置安装时 ,不仅影响车架垂直、 俯仰振动加速度功率谱密度的幅值 ,而且影响其频率结构 ,而电池后置时仅影响其幅值。同时 ,电池质量和电池安装刚度也影响其平顺性。关键词:电动自行车 ;平顺性;电池 ; 6自由度中图分类号 :U484　　 文献标识码:A　　 文章编号 : 1001 - 2354 (2009) 05 - 0021 - 04　　 电动自行车是近 10年来高速发展的特种自行车 ,与自行车相比 ,具有以下特点 :从人的骑行状态看 ,以电驱动为主 ,人力骑行为辅 ;车架主要采用 U型结构;车架上增加了电池 ,后轮增加了电机 ;车轮轮径减小 ,车胎加宽;平均骑行速度提高等。使其具有自行车的结构特点而兼有摩托车的骑行特征。由于电动自行车的平均骑行速度提高 ,人们对其平顺性的要求也越来越高。这从电动自行车的发展可以看出 :电动自行车从最初的自行车上加电池、 电机到采用减振前叉 ,发展到现在占主流的全悬架结构。电池作为电动自行车最独特的部件 ,有前置和后置安装;电池类型有铅酸蓄电池及锂电池等 ,质量差异较大;电动自行车的电池为了方便充电 ,一般采用可拆卸式安装 ,因而其安装牢固程度是可变的。文中通过建立振动模型 ,从电池的不同质量、 安装位置、 安装刚度等方面来研究其对电动自行车平顺性的影响。1　 仿真模型的建立1. 1　 动力学模型的建立在车辆的平顺性分析中 ,两轮车或四轮车的半车模型一般采用典型的 5自由度动力学模型数对平顺性的影响 ,文中改进了传统的 5自由度模型 ,将电池作为一个独立的刚体进行考察 ,建立 6自由度动力学模型 ,对人体用加权加速度均方根值、 车架用加速度均方根值和加速度功率谱密度由于电动自行车前后悬架分别有前倾角和安装角 ,文中将其等效为垂直方向的刚度和阻尼1。图 1中各符号的含义 :m1, m2, m4, m5, m6为驾驶员、 车架、后轮、 前轮、 电池的质量 , kg; J2为车架绕其质心的转动惯量 ,kg· m2; k1, k2, k3, k4, k5, k6为座椅、 后、 前悬架、 后、 前轮、 电池安装的刚度 , kN /m; c1, c2, c3, c6为座椅、 后、 前悬架、 电池安装的阻尼系数 , kN· s/m ; z1, z2, z4, z5, z6为座椅、 车架、 后、 前轮、 电池的垂直位移 , m;θ2为车架绕其质心的角位移 , rad ; l1, l4为座椅、 电[1～3]。为了重点分析电池各参[4～6]的角度对其平顺性进行评价。[6]。6自由度动力学模型见图池到车架质心的水平距离 , m; l3, l2为前后轴到车架质心的水平距离 , m。图 1　电动自行车 6自由度动力学模型1. 2　6自由度振动微分方程的建立采用牛顿法建立上述 6自由度的振动微分方程 :m1z ¨1+ c1(zm2z ¨2+ c1(z·1- z·2+ l1z·3- z·3) + k(z1- z2+ l1z3) = 0·2- l2z·2- l1z·1) + c2(z·3- z·4) + c3(z·3+ l3z·3-z·5) + c6(z2+ l4z3- z6) + k1(z2- l1z3- z1) + k2(z2- l2z3- z4) +k3(z3+ l3z3- z5) + k6(z2+ l4z3- z6) = 0m3z ¨3- c1(z·2- l1z·3- z·1) l1- c2(z·2- l2z·3- z·4) l2+ c3(z·3+ l3z·3-z·5) l3+ c6(z2+ l4z3- z6) l4+ k1(z2- l1z3- z1) l - k2(z2- l2z3- z4) ·l2+ k3(z3+ l3z3- z5) l3+ k6(z2+ l4z3- z6) l4 = 0m4z ¨4+ c2(zm5z ¨5+ c3(zm6z ¨6+ c6(z·4+ l2z·3- z·2) + k2(z4+ l2z3- z2) + k4(x4- qr) = 0·5- l3z·3- z·2) + k3(z5+ l3z3- z2) + k5(z5- qf) = 0·6+ l4z·3- z·2) + k6(z6+ l4z3- z2) = 02　 平顺性仿真结果分析采用 Matlab/Simulink建立仿真模型。其中路面激励采用滤波白噪声随机路面时间 t =20 s。以某款电动自行车为研究参考对象 ,相应的电动自行车参数见表 1。将电池在前后轮轴之间的可安装位置中平均选取 5个位置 ,分别取电池安装刚度参数、 电池质量参数进行平顺性仿真。[7],路面等级 B级 ,车速 v =20 km /h,仿真第 26卷第 5期2 0 0 9年 5月机 　 械 　 设 　 计JOURNAL OFMACH I NE DESIGNVol . 26　No. 5May　　20093 收稿日期: 2008 - 10 - 16;修订日期: 2008 - 12 - 30基金项目:天津市科技计划资助项目 (07JCZDJC09200)作者简介:杜文华 (1968 - ) ,女 ,山西介休人 ,中北大学副教授 ,天津大学博士研究生 ,专业方向:机械动力学 ,发表论文 5篇。