張敏 尹崇進(jìn)

摘要：本文在分析汽車饋能式懸架結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，給出了電液式饋能懸架工作原理和懸架動(dòng)力鞋模型。本研究為后續(xù)的車饋能式懸架結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一定的研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車；懸架結(jié)構(gòu)；動(dòng)力學(xué)模型；設(shè)計(jì)

1 汽車懸架結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

汽車懸架系統(tǒng)的主要作用之一就是為了緩和路面不平，汽車加速和剎車等導(dǎo)致的車身的垂直震動(dòng)。傳統(tǒng)汽車多使用油液減震器來緩和車身震動(dòng)，振動(dòng)能量最終使液壓油的溫度升高并通過筒壁與空氣熱交換將熱量耗散掉。武漢理工大學(xué)的過學(xué)迅、張晗等實(shí)車驗(yàn)證了車輛在空載、B級路面的行駛情況下，車速達(dá)到70km H1時(shí)，回收峰值可達(dá)264.9W其中提到了重型商用車能量回收潛力更大。因此，重型商用車筒式減震器的能量回收具有較好的應(yīng)用前景。喻凡等將永磁直流無刷電機(jī)與滾珠絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)組成新型的主動(dòng)懸架，滾珠絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)將車身的上下震動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量回收。其工作原理主要是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號和懸架動(dòng)撓度傳感器產(chǎn)生的電信號收集到微處理器，經(jīng)無刷電機(jī)換相邏輯、電磁蓄能控制算法和主動(dòng)懸架控制律處理后，通過驅(qū)動(dòng)及蓄能電路和車載電源電路，實(shí)時(shí)控制電機(jī)作動(dòng)器的正反轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)或再生制動(dòng)狀態(tài)，以主動(dòng)地緩沖或衰減由路面不平激勵(lì)引起的、由車輪傳導(dǎo)至車身的沖擊和振動(dòng)，同時(shí)還將再生制動(dòng)電能回收再利用。同時(shí)試制了電動(dòng)懸架的樣機(jī)并通過整車臺架試驗(yàn)檢驗(yàn)了電動(dòng)懸架在隨動(dòng)態(tài)下的懸架動(dòng)力學(xué)特征和自饋能特性?，F(xiàn)有的電液式饋能懸架主要有機(jī)電類型和電磁類型。機(jī)電類型懸架是將懸架的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電能的存貯。電磁類型懸架是利用永磁鐵和線圈組成的能量回收裝置來代替?zhèn)鲃?dòng)液壓傳動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電能的控制。

2 電液式饋能懸架工作原理

參考各類型饋能懸架的優(yōu)缺點(diǎn)可以得出電液式饋能懸架是最優(yōu)的饋能懸架方案，在查閱了大量國內(nèi)外文獻(xiàn)后設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型電液式饋能懸架，分析得出安裝48V電機(jī)的饋能懸架輸出功率會(huì)提高，并利用了2個(gè)單向閥組成的液壓式整流橋可以取代原有的4個(gè)單向閥式的整流橋，并將液壓蓄能器布置在液壓馬達(dá)的出口端，以減小減震油液對液壓元件的沖擊。改進(jìn)的電液式饋能懸架如圖1所示，饋能懸架主要包括液壓執(zhí)行原件、單向閥、蓄能器、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、蓄電池及饋能電路組成。當(dāng)汽車行駛在不平路面時(shí)，活塞桿在車體的作用下會(huì)推動(dòng)活塞上下移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)油液沿管道流動(dòng)，在單向閥組成的液壓整流橋作用下，可以保持液壓馬達(dá)管路中的油液單向流動(dòng)，進(jìn)而馬達(dá)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以提高發(fā)電效率以及延長發(fā)電機(jī)的使用壽命。

1液壓執(zhí)行元件；2，4單向閥；3蓄能器；5液壓馬達(dá)；

6發(fā)動(dòng)機(jī)；7蓄電池

該電液式饋能懸架的工作原理可以表述為：（1）當(dāng)液壓執(zhí)行元件工作在壓縮行程時(shí)，活塞桿向下移動(dòng)，油液從無桿腔室流出，這時(shí)單向閥1打開，一部分油液補(bǔ)償有桿腔室抽出空腔的部分，相當(dāng)于活塞桿的油液流經(jīng)馬達(dá)，最后流入蓄能器儲存器存起來。（2）當(dāng)液壓執(zhí)行元件工作在復(fù)原行程時(shí)，活塞向上移動(dòng)，油液從有桿腔室流出，流經(jīng)馬達(dá)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于無桿腔室出現(xiàn)空腔，儲存在蓄能器當(dāng)中的油液經(jīng)過單向閥2進(jìn)行補(bǔ)償。在上述壓縮復(fù)原行程中，液壓馬達(dá)始終單向旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)，提高發(fā)電機(jī)的輸出功率和使用壽命；通過調(diào)整外接電路的負(fù)載大小，即可實(shí)現(xiàn)阻尼的調(diào)節(jié)；伸張和復(fù)原行程時(shí)流經(jīng)液壓馬達(dá)的液體流量不同，復(fù)原行程的流量為液壓缸與活塞桿之間環(huán)腔的體積，而壓縮行程的流量為活塞桿的體積，這保證復(fù)原和壓縮行程時(shí)減震器可以提供的阻尼力范圍具有不對稱性；并且，只要車輛有震動(dòng)，該饋能減震器就會(huì)回收能量，從而提高了震動(dòng)能量的回收效率。

3 懸架模型

根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)特性，建立汽車懸架的車身車輪雙質(zhì)量模型。m2為簧上質(zhì)量；K 為彈簧剛度；C為懸架阻尼；m1為簧下質(zhì)量；K1為輪胎等效剛度；q為路面高程；z1為簧下質(zhì)量位移；z2為簧上質(zhì)量位移。

根據(jù)牛頓第二定律，可得車身車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程：

m2Z¨1+C（Z2-Z1）+K（z2-z1）=0

m1Z¨1+C（Z1-Z2）+K（z1-z2）+Kt（z1-q）=0

4 結(jié)論

本文在分析汽車饋能式懸架結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，給出了電液式饋能懸架工作原理和懸架動(dòng)力鞋模型。只要車輛有震動(dòng)，該饋能減震器就會(huì)回收能量，從而提高了震動(dòng)能量的回收效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]左申傲，蔡其剛.汽車懸架結(jié)構(gòu)件性能提升開發(fā)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（20）：108110.

[2]寇發(fā)榮，李冬，許家楠，孫凱.車輛電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架內(nèi)模PID控制研究[J].液壓與氣動(dòng)，2018（06）：17.

[3]姚嘉凌，王蒙，李智宏，任杉，孫寧.基于主動(dòng)懸架的車輛主動(dòng)側(cè)傾控制研究[J].機(jī)械強(qiáng)度，2018，40（03）：534539.

[4]寇發(fā)榮，魏冬冬，梁津，田蕾.一種饋能型混合懸架的多模式協(xié)調(diào)控制[J].中國機(jī)械工程，2018，29（11）：13561363.