直線電機式懸架參數對饋能特性影響分析

于學斌 陳佳興 周冉 王聰 金俊杰 徐方超 孫鳳

摘 要：針對傳統被動懸架無法將振動產生的能量充分利用的問題，提出了一種直線電機式饋能懸架，并探究了該懸架的饋能特性．建立１／４車動力學模型，以正弦路面作為輸入激勵推導出影響饋能的懸架系統參數；以感應電動勢為指標，基于直線電機式饋能懸架模型，采用控制變量法對懸架系統參數進行仿真分析；通過搭建的１／４車懸架實驗平臺進行實驗驗證．結果表明，簧載質量、非簧載質量和彈簧剛度與直線電機產生的感應電動勢呈負相關，輪胎剛度與直線電機產生的感應電動勢呈正相關．

關 鍵 詞：直線電機；電磁懸架；饋能懸架；能量流動；饋能特性；控制變量法；感應電動勢；臺架實驗

中圖分類號：ＴＨ１２２ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２３）０４－０４２８－０８

汽車在行駛過程中，由于路面激勵會導致車身振動．懸架可以減緩路面激勵帶來的振動，保證車輛的乘坐舒適性．傳統的被動懸架將懸架振動產生的能量以熱能的形式耗散，既造成了資源的浪費，又會影響懸架的使用壽命［１－３］．饋能懸架按照饋能裝置類型分為液壓式饋能懸架［４］、壓電式饋能懸架［５］、電磁式饋能懸架［６－７］，可以將懸架振動產生的能量轉化成電能，以達到汽車節能的目的．因此，國內外學者對饋能懸架及能量回收潛力進行了廣泛的研究．Ｃａｂａｎ［８］驗證了乘用車的饋能潛力為１５０Ｗ，饋能功率均方根值與汽車行駛路面等級成正比，結果表明，懸架能量回收系統在傳統燃油車和新能源汽車方面具有一定的應用潛力；Ｓａｍｎ等［９］設計了一款液壓式能量再生減振器來替代傳統懸架中的被動阻尼器，分析了減振器尺寸對饋能效率的影響；Ｍｏｈａｍｅｄ［１０］模擬分析了不同類型的汽車懸架系統浪費的能量，通過仿真分析發現懸架饋能效率與行駛路面、行駛車速、輪胎剛度密切相關；Ｚｈｅｎｇ等［１１］研究了被動懸架通過阻尼器的能量消耗和主動懸架能量需求，展示了饋能懸架的潛在應用價值并探究了能量再生方式的可行性；汪若塵等［１２］針對液壓互聯懸架無法達到最優工況的問題，提出了一種具有多種模式的液壓互聯懸架，通過實驗驗證該懸架能夠有效降低車身加速度和輪胎動載荷指標，提高了饋能效率；寇發榮等［１３］基于直線電機式主動懸架開展臺架實驗，指出在Ｃ級路面回收能量可達到百瓦級，Ｄ級路面回收能量可達到千瓦級，驗證了直線電機式主動懸架的饋能潛力；秦博男等［１４］提出了一種新型液電式互聯饋能懸架，通過對其饋能特性進行分析，發現在２Ｈｚ、３０ｍｍ的振動下，懸架的平均饋能功率可以達到８７５９Ｗ；張晗等［１５］基于一種饋能半主動懸架開展臺架實驗，結果表明，在Ｃ級路面、車速３０ｋｍ／ｈ的情況下，饋能功率可達到百瓦級，初步驗證了饋能懸架在實際應用中的可行性；王虎［１６］提出了一種基于制動強度的電動汽車能量回收控制方法，通過搭建模糊控制器進行仿真分析，結果表明，采用模糊控制算法能有效提升能量的回收效率．