張?jiān)３?路艷玲 高坤明

1.山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院 山東省淄博市 255049 2.萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與汽車工程系 山東省萊蕪市 271100

1 引言

綜合往年公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，在電動(dòng)汽車發(fā)生的諸多種事故中，起火事故數(shù)量占比最大，已接近電動(dòng)汽車各類安全事故總數(shù)的40%。另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018年上半年截止到6月份，國(guó)內(nèi)外共報(bào)道發(fā)生電動(dòng)汽車起火事故10起，其中國(guó)內(nèi)8起，國(guó)外2起，發(fā)生事故車輛涉及特斯拉、野馬、江鈴、眾泰等品牌[1]，且起火事故幾乎皆與蓄電池系統(tǒng)有一定關(guān)聯(lián)。

以現(xiàn)如今電動(dòng)汽車領(lǐng)域最為常見(jiàn)的鋰電池為例，比容量約在240Wh/kg的大型鋰電池，所儲(chǔ)存的能量已高過(guò)TNT炸藥（1282Wh/kg）的18%，如果發(fā)生嚴(yán)重的起火甚至爆炸事故，后果無(wú)疑是災(zāi)難性的。再結(jié)合諸如2016年三星Note 7型號(hào)手機(jī)“連環(huán)爆炸”事件等發(fā)生在其他行業(yè)的電池安全事故來(lái)看，蓄電池所隱匿的安全隱患問(wèn)題，已然成為了電動(dòng)汽車發(fā)展道路上的“絆腳石”與“攔路虎”。

2 電動(dòng)汽車蓄電池隔振保護(hù)的重要性

汽車在正常行駛過(guò)程中，即便不發(fā)生碰撞等情況，蓄電池依然要承受著來(lái)自路面不平度與車體自身振動(dòng)所帶來(lái)的不良影響。

振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致蓄電池支座出現(xiàn)疲勞破壞，還會(huì)造成蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞以及產(chǎn)生金屬雜志[2-3]。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部短路，熱量會(huì)持續(xù)積累直到在電池內(nèi)部各種化學(xué)材料之間引發(fā)化學(xué)反應(yīng)[4]，化學(xué)反應(yīng)又會(huì)加速熱量的釋放， 最終造成熱失控并伴隨大量氣體產(chǎn)生。此時(shí)如不能對(duì)蓄電池進(jìn)行冷卻處理，蓄電池極易發(fā)生起火甚至爆炸事故。因此，電動(dòng)汽車所使用的蓄電池不僅要擁有一定的抗振能力，更要從汽車的設(shè)計(jì)角度，尤其從對(duì)汽車平順性與穩(wěn)定性影響最大的懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，做好對(duì)蓄電池的“隔振”保護(hù)，降低安全事故發(fā)生頻率。

3 懸架系統(tǒng)性能比對(duì)

懸架的分類方式大體有兩類。第一類是按照控制形式不同分為三種，即：僅由彈簧和阻尼器組成的被動(dòng)懸架、包含可變阻尼器的半主動(dòng)懸架、含有可注入外部能量的執(zhí)行器的主動(dòng)懸架；第二類是按照導(dǎo)向結(jié)構(gòu)不同分為兩種，即：兩端車輪不相互影響的獨(dú)立懸架、兩端車輪相互影響的非獨(dú)立懸架。

獨(dú)立懸架雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，但在提高汽車的平順性、穩(wěn)定性以及減少車身所受沖擊等方面都要優(yōu)于非獨(dú)立懸架，尤其廣泛使用的麥弗遜式主動(dòng)懸架，不僅隔振性能好，結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)單，從而也縮小了占有空間。因此，懸架的控制方式、控制策略、參數(shù)設(shè)計(jì)更能夠決定懸架的隔振性能。

3.1 被動(dòng)懸架

目前，被動(dòng)懸架仍多為以“彈簧-阻尼”結(jié)構(gòu)體系為基礎(chǔ)。因而，被動(dòng)懸架無(wú)法隨車速和路況的變化對(duì)自身結(jié)構(gòu)以及主要參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在非特定的路面狀況下，被動(dòng)懸架無(wú)法在緩解乘員的舒適性、行駛平順性以及操縱穩(wěn)定性之間的矛盾上達(dá)到理想的預(yù)期。所以，自身結(jié)構(gòu)的局限性決定了被動(dòng)懸架的減振效果不是特別優(yōu)秀。

目前，雖然 “慣容-彈簧-阻尼”懸架結(jié)構(gòu)體系、“質(zhì)量-彈簧-阻尼”懸架結(jié)構(gòu)體系、ISD懸架結(jié)構(gòu)體系等結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)打破了被動(dòng)懸架的傳統(tǒng)組成模式，并衍生出多種被動(dòng)懸架的設(shè)計(jì)樣式，有些研究人員也通過(guò)優(yōu)化被動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)以提高被動(dòng)懸架的隔振性能，但對(duì)被動(dòng)懸架性能潛力的挖掘已接近極限[5]，而且，增加被動(dòng)懸架構(gòu)件數(shù)量與結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度會(huì)導(dǎo)致汽車制造成本與使用成本的上升，違背了電動(dòng)汽車“節(jié)能”的理念，不利于電動(dòng)汽車的長(zhǎng)久發(fā)展。

3.2 主動(dòng)懸架

主動(dòng)懸架根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀況等進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)阻尼和剛度的雙重調(diào)控，抵消汽車所受振動(dòng)，達(dá)到汽車始終行駛于最佳平順狀態(tài)的目的。主動(dòng)懸架有著諸多優(yōu)點(diǎn)，比如：控制車身高度；提高通過(guò)性；兼顧汽車的平順性與操縱穩(wěn)定性等。正是出于上述的優(yōu)越性能，主動(dòng)懸架也被廣泛地應(yīng)用于高端車系以及特種車輛領(lǐng)域。

但是，主動(dòng)懸架作為主動(dòng)力可變的自反饋控制系統(tǒng)，在接收傳感器傳遞過(guò)來(lái)的信息后，控制器需要通過(guò)預(yù)先設(shè)置的算法計(jì)算所需的理想主力，最后再控制作力器產(chǎn)生主力，由此，主動(dòng)懸架存在著不可避免的純時(shí)滯或響應(yīng)問(wèn)題，嚴(yán)重降低了主動(dòng)懸架的控制品質(zhì)[6]。此外，由于主動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)特性，更使得主動(dòng)懸架伴隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作空間大、制造成本昂貴等問(wèn)題。況且，主動(dòng)懸架進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整時(shí)需要依靠動(dòng)力源提供動(dòng)力，增加了電動(dòng)汽車的能耗，影響蓄電池的續(xù)航能力。雖然添加蓄能器能夠一定程度上滿足無(wú)外界動(dòng)力源時(shí)主動(dòng)懸架的動(dòng)力要求，但依舊會(huì)增加電動(dòng)汽車的制造與使用成本。

3.3 半主動(dòng)懸架

半主動(dòng)懸架是在被動(dòng)懸架的基礎(chǔ)上增加了一套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的可控懸架系統(tǒng)，主要采用改變懸架阻尼的方式對(duì)懸架系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行控制。

對(duì)比被動(dòng)懸架而言，半主動(dòng)懸架的應(yīng)用更為廣泛、形式更為多樣，在調(diào)節(jié)乘員舒適性與操縱穩(wěn)定性之間的矛盾上更加優(yōu)于被動(dòng)懸架。而且，大多數(shù)半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)相比于主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制品質(zhì)上卻非常接近于主動(dòng)懸架。半主動(dòng)懸架工作時(shí)存在一定的較低能耗，但近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究了一種無(wú)需外部電源和控制設(shè)備的自供電阻尼可調(diào)減振器，克服了半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)體積過(guò)大、質(zhì)量增加的問(wèn)題[7]。

另外，采用半主動(dòng)懸架控制策略上，運(yùn)用加速阻尼控制算法、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等算法及控制方法對(duì)半主動(dòng)懸架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能進(jìn)一步提高半主動(dòng)懸架的隔振性能與乘員的舒適性；減振液粘性調(diào)節(jié)方式的連續(xù)可調(diào)減震器、磁流變液體減振技術(shù)或電流變液體等減振技術(shù)，能夠更加充分地增強(qiáng)半主動(dòng)懸架的隔振性能。，依靠半主動(dòng)懸架來(lái)加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池隔振防護(hù)，也是一種較為理想選擇。

3.4 小結(jié)

將被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架進(jìn)行綜合比對(duì)，可以看出：

（1）在制造成本方面，主動(dòng)懸架最高，半主動(dòng)懸架其次，被動(dòng)懸架最少。

（2）在隔振性能方面，主動(dòng)懸架優(yōu)于半主動(dòng)懸架，半主動(dòng)懸架優(yōu)于被動(dòng)懸架。

（3）在能耗方面，不考慮懸架系統(tǒng)的自重、運(yùn)動(dòng)干涉等因素對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性的影響，主動(dòng)懸架需要能耗最多，半主動(dòng)懸架需要能耗較少（使用無(wú)源控制系統(tǒng)沒(méi)有能耗），被動(dòng)懸架無(wú)需能耗。

（4）其他方面，將主動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架一同與被動(dòng)懸架相比，它們所具有的最大優(yōu)勢(shì)為：主動(dòng)懸架與半主動(dòng)懸架對(duì)汽車持續(xù)獲得理想的平順性、操縱穩(wěn)定性最為有利；主動(dòng)懸架與半主動(dòng)懸架可供選擇的結(jié)構(gòu)形式較為多樣，在使用性能的優(yōu)化與提升上也有很大進(jìn)步空間，能夠滿足未來(lái)電動(dòng)汽車發(fā)展的需要。

但是，主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架也存在許多缺點(diǎn)，例如：主動(dòng)懸架對(duì)材質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)高、限制整車空間布置、增加車重、高耗能等；半主動(dòng)懸架調(diào)節(jié)持續(xù)時(shí)間短、控制方式單一等。而被動(dòng)懸架卻以重量輕、結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)單、成本低廉占據(jù)著廣泛的汽車市場(chǎng)，也正因如此，被動(dòng)懸架從汽車空間布置與成本上來(lái)說(shuō)，更適合于當(dāng)下以中小型轎車為主要車型的電動(dòng)汽車使用。

4 電動(dòng)汽車首選使用半主動(dòng)懸架

綜合上文對(duì)比所述，在懸架的選擇上，主動(dòng)懸架的隔振效果最好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，不利于電動(dòng)汽車的整車布置與續(xù)航能力。被動(dòng)懸架雖然避開(kāi)了主動(dòng)懸架在實(shí)際使用上的諸多短板，但減振能力較差，也不應(yīng)被電動(dòng)汽車優(yōu)先使用。半主動(dòng)懸架的減振性能雖然略遜于主動(dòng)懸架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單與成本低廉方面又不及被動(dòng)懸架，但半主動(dòng)懸架卻避開(kāi)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高耗能、隔振性能差等缺陷，在能夠?qū)π铍姵仄鸬礁粽癖Ｗo(hù)的同時(shí)，也能兼顧電動(dòng)汽車其他性能以及設(shè)計(jì)方面的要求，是作為電動(dòng)汽車懸架的最佳選擇。

5 結(jié)語(yǔ)

蓄電池作為動(dòng)力源，是電動(dòng)汽車最重要同時(shí)也是最易引發(fā)安全事故的一個(gè)部件。加強(qiáng)蓄電池的安全防護(hù)工作，是提升電動(dòng)汽車的整體安全性能的關(guān)鍵。本文主要針對(duì)不同類別懸架之間差異與優(yōu)缺點(diǎn)，就電動(dòng)汽車蓄電池隔振保護(hù)的角度做一些對(duì)比分析，對(duì)選擇懸架類別提出看法并以供參考。