微型四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車減震器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

舒雄

摘 要：基于四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和發(fā)展需求，提出一種自供能智能減振器的設(shè)計(jì)，分析了四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的車身受力特點(diǎn)及減震器設(shè)計(jì)要求，給出了該智能減震器整體設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：自供能，微型電動(dòng)汽車，輪轂電機(jī)

0 引言

隨著社會(huì)和汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的舒適性和操縱性有了更高的要求，而減振器智能化是汽車發(fā)展智能化的內(nèi)涵之一。目前大部分汽車使用的仍是被動(dòng)懸架， 減振器阻尼系數(shù)不能隨行駛工況調(diào)節(jié)， 難以適應(yīng)不同的道路狀況，因而減振性能有限。采用可控的主動(dòng)懸架可實(shí)現(xiàn)在不同的行駛條件下懸架性能最優(yōu)， 顯著改善車輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。LOTUS公司開(kāi)發(fā)的液壓主動(dòng)懸架，通過(guò)伺服系統(tǒng)控制液壓缸內(nèi)的壓力差，推動(dòng)活塞抑制車身振動(dòng)。Stribrsky等以三相同步直線電機(jī)為力發(fā)生器設(shè)計(jì)了用于車輛主動(dòng)懸架的作動(dòng)器及魯棒控制算法。隨著能源危機(jī)加劇，節(jié)能是汽車設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題之一，因?yàn)槟壳半姵丶夹g(shù)的局限，更需要考慮能源消耗。解決可控懸架能耗問(wèn)題是汽車發(fā)展面臨的需求， 而振動(dòng)能量回收是降低能耗和減少使用成本的一個(gè)有效方法。Suda等提出將結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量回收與振動(dòng)控制結(jié)合的思想，設(shè)計(jì)了一種自供電主動(dòng)懸架系統(tǒng)，由同一直流直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收和主動(dòng)控制。Kim等提出了將結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量回收與智能阻尼器相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種車輛由交流電機(jī)與電流變阻尼器組成的懸架系統(tǒng)，交流電機(jī)回收振動(dòng)能量，經(jīng)過(guò)變壓器升壓及直流整流后，供給電流變阻尼器。

盡管如此，但是很少有學(xué)者結(jié)合未來(lái)汽車的發(fā)展考慮自供能智能減振器設(shè)計(jì)，比如基于未來(lái)汽車發(fā)展熱點(diǎn)的四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車需求考慮。而且許多研究著重于某個(gè)方面，較少?gòu)南到y(tǒng)化全面的考慮減振器的設(shè)計(jì)。部分研究探討了減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但結(jié)構(gòu)占用空間比較大，功能設(shè)計(jì)也需進(jìn)一步完善，離實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。

1 四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車車身受力特點(diǎn)

采用集成模塊化設(shè)計(jì)的四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車應(yīng)用線控技術(shù)，省略傳統(tǒng)汽車所需的機(jī)械裝置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和整車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可利用空間大，有利于減振器的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。較傳統(tǒng)汽車而言，四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽由于輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制差異，車身不僅承受縱向力，還承受比較復(fù)雜的橫向力，所以要求減振器具有抗橫向力影響的能力。傳統(tǒng)的液力減振器或基于電流變液、磁流變液的減振器，對(duì)于液體的密封有相當(dāng)高的要求，受到復(fù)雜的橫向力可能會(huì)造成密封元件的損壞，從而影響減振器的壽命。而采用集成減振、驅(qū)動(dòng)和剎車的模塊化設(shè)計(jì)增加了汽車的簧下質(zhì)量，減輕了簧上質(zhì)量，對(duì)懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和乘坐的舒適性有影響。所以設(shè)計(jì)減振器也要考慮減小簧下質(zhì)量。而采用電流變彈性體作為智能減振器的介質(zhì)沒(méi)有液體密封問(wèn)題，且質(zhì)量較輕。

2 基于電流變彈性體的減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的減振需求，參考現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種基于電流變彈性體的智能減振器。智能阻尼器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括外殼、絕緣筒、彈性底座、電極螺桿、電流變彈性體、電極連桿、彈性電極、端蓋、薄螺母、螺釘、螺栓、防塵套以及吊環(huán)，電流變彈性體以淀粉微粒和鈦酸鋇微粒為分散相，硅油為潤(rùn)滑添加劑，硅橡膠為基體。

電流變彈性體粘合在活塞以及電極兩端，電極螺桿與彈簧電極通過(guò)絕緣筒進(jìn)行固定，考慮到要減少軸向上的空間結(jié)構(gòu)，增加實(shí)際可利用的活塞運(yùn)動(dòng)路線，電極連桿與絕緣筒之間采用薄螺母連接，而彈性電極與絕緣筒之間是不可穿透、不常拆裝的連接形式，因此采用的是螺釘連接，彈性電極的大端、外殼端蓋之間的連接考慮到連桿所受到的徑向力較大，同時(shí)有中間部件，因而采用螺栓進(jìn)行連接，彈性電極的大端與小端中間開(kāi)有大小不同的孔供連桿穿過(guò)，連桿與彈性電極間有絕緣材料隔開(kāi)，彈簧底座的小端與外殼底部進(jìn)行焊接，大端通過(guò)螺紋孔連接在電極螺桿上連桿穿過(guò)電流變彈性體與活塞連接在一起，最后防塵套里端通過(guò)軸肩進(jìn)行軸向固定，外端通過(guò)吊環(huán)上的螺紋孔進(jìn)行固定。

3 結(jié)論

結(jié)合四輪獨(dú)立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和發(fā)展需求，提出一種自供能智能減振器的設(shè)計(jì)思路，給出了該智能減震器詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)圖。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hyniova K， Stribrsky A， Honcu J， et al. Active Suspension System with Linear Electric Motor[J]. Wseas Transactions on Systems， 2009， 8（2）：278-287.

[2] Beno J H， Bresie D A， Ingram S K. Electromechanical Suspension System[R]. Final Report to U.S. Army， 1995.

[3] Suda Y， Shiiba T. New Hybrid Suspension System with Active Control and Energy Regeneration[J]. Vehicle System Dynamics， 1996， 25（ S1）：641- 654.

[4] Kim K S， Choi S B， Cheong C C. ER Suspension System with Energy Generation[J] . Journal of Intelligent Material Systems and Structures， 1999， 10（9）：738- 742.