直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析

于学斌 陈佳兴 周冉 王聪 金俊杰 徐方超 孙凤

摘 要：针对传统被动悬架无法将振动产生的能量充分利用的问题，提出了一种直线电机式馈能悬架，并探究了该悬架的馈能特性．建立１／４车动力学模型，以正弦路面作为输入激励推导出影响馈能的悬架系统参数；以感应电动势为指标，基于直线电机式馈能悬架模型，采用控制变量法对悬架系统参数进行仿真分析；通过搭建的１／４车悬架实验平台进行实验验证．结果表明，簧载质量、非簧载质量和弹簧刚度与直线电机产生的感应电动势呈负相关，轮胎刚度与直线电机产生的感应电动势呈正相关．

关 键 词：直线电机；电磁悬架；馈能悬架；能量流动；馈能特性；控制变量法；感应电动势；台架实验

中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２３）０４－０４２８－０８

汽车在行驶过程中，由于路面激勵会导致车身振动．悬架可以减缓路面激励带来的振动，保证车辆的乘坐舒适性．传统的被动悬架将悬架振动产生的能量以热能的形式耗散，既造成了资源的浪费，又会影响悬架的使用寿命［１－３］．馈能悬架按照馈能装置类型分为液压式馈能悬架［４］、压电式馈能悬架［５］、电磁式馈能悬架［６－７］，可以将悬架振动产生的能量转化成电能，以达到汽车节能的目的．因此，国内外学者对馈能悬架及能量回收潜力进行了广泛的研究．Ｃａｂａｎ［８］验证了乘用车的馈能潜力为１５０Ｗ，馈能功率均方根值与汽车行驶路面等级成正比，结果表明，悬架能量回收系统在传统燃油车和新能源汽车方面具有一定的应用潜力；Ｓａｍｎ等［９］设计了一款液压式能量再生减振器来替代传统悬架中的被动阻尼器，分析了减振器尺寸对馈能效率的影响；Ｍｏｈａｍｅｄ［１０］模拟分析了不同类型的汽车悬架系统浪费的能量，通过仿真分析发现悬架馈能效率与行驶路面、行驶车速、轮胎刚度密切相关；Ｚｈｅｎｇ等［１１］研究了被动悬架通过阻尼器的能量消耗和主动悬架能量需求，展示了馈能悬架的潜在应用价值并探究了能量再生方式的可行性；汪若尘等［１２］针对液压互联悬架无法达到最优工况的问题，提出了一种具有多种模式的液压互联悬架，通过实验验证该悬架能够有效降低车身加速度和轮胎动载荷指标，提高了馈能效率；寇发荣等［１３］基于直线电机式主动悬架开展台架实验，指出在Ｃ级路面回收能量可达到百瓦级，Ｄ级路面回收能量可达到千瓦级，验证了直线电机式主动悬架的馈能潜力；秦博男等［１４］提出了一种新型液电式互联馈能悬架，通过对其馈能特性进行分析，发现在２Ｈｚ、３０ｍｍ的振动下，悬架的平均馈能功率可以达到８７５９Ｗ；张晗等［１５］基于一种馈能半主动悬架开展台架实验，结果表明，在Ｃ级路面、车速３０ｋｍ／ｈ的情况下，馈能功率可达到百瓦级，初步验证了馈能悬架在实际应用中的可行性；王虎［１６］提出了一种基于制动强度的电动汽车能量回收控制方法，通过搭建模糊控制器进行仿真分析，结果表明，采用模糊控制算法能有效提升能量的回收效率．