微型四轮独立驱动电动汽车减震器结构设计

    舒雄

    摘 要：基于四轮独立轮毂电机驱动电动汽车的结构和发展需求，提出一种自供能智能减振器的设计，分析了四轮独立轮毂电机驱动电动汽车的车身受力特点及减震器设计要求，给出了该智能减震器整体设计方案。

    关键词：自供能，微型电动汽车，轮毂电机

    0 引言

    随着社会和汽车工业的发展，人们对汽车的舒适性和操纵性有了更高的要求，而减振器智能化是汽车发展智能化的内涵之一。目前大部分汽车使用的仍是被动悬架， 减振器阻尼系数不能随行驶工况调节， 难以适应不同的道路状况，因而减振性能有限。采用可控的主动悬架可实现在不同的行驶条件下悬架性能最优， 显著改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。LOTUS公司开发的液压主动悬架，通过伺服系统控制液压缸内的压力差，推动活塞抑制车身振动。Stribrsky等以三相同步直线电机为力发生器设计了用于车辆主动悬架的作动器及鲁棒控制算法。随着能源危机加剧，节能是汽车设计必须考虑的问题之一，因为目前电池技术的局限，更需要考虑能源消耗。解决可控悬架能耗问题是汽车发展面临的需求， 而振动能量回收是降低能耗和减少使用成本的一个有效方法。Suda等提出将结构振动能量回收与振动控制结合的思想，设计了一种自供电主动悬架系统，由同一直流直线电机实现能量回收和主动控制。Kim等提出了将结构振动能量回收与智能阻尼器相结合，设计了一种车辆由交流电机与电流变阻尼器组成的悬架系统，交流电机回收振动能量，经过变压器升压及直流整流后，供给电流变阻尼器。

    尽管如此，但是很少有学者结合未来汽车的发展考虑自供能智能减振器设计，比如基于未来汽车发展热点的四轮独立轮毂电机驱动的电动汽车需求考虑。而且许多研究着重于某个方面，较少从系统化全面的考虑减振器的设计。部分研究探讨了减振器的结构设计，但结构占用空间比较大，功能设计也需进一步完善，离实际应用还有一定距离。

    1 四轮独立轮毂电机驱动电动汽车车身受力特点

    采用集成模块化设计的四轮独立轮毂电机驱动的电动汽车应用线控技术，省略传统汽车所需的机械装置，驱动系统和整车结构简洁，可利用空间大，有利于减振器的非标准设计。较传统汽车而言，四轮独立驱动电动汽由于轮毂电机转速的控制差异，车身不仅承受纵向力，还承受比较复杂的横向力，所以要求减振器具有抗横向力影响的能力。传统的液力减振器或基于电流变液、磁流变液的减振器，对于液体的密封有相当高的要求，受到复杂的横向力可能会造成密封元件的损坏，从而影响减振器的寿命。而采用集成减振、驱动和刹车的模块化设计增加了汽车的簧下质量，减轻了簧上质量，对悬架系统的动态响应和乘坐的舒适性有影响。所以设计减振器也要考虑减小簧下质量。而采用电流变弹性体作为智能减振器的介质没有液体密封问题，且质量较轻。

    2 基于电流变弹性体的减振器结构设计

    基于四轮独立轮毂电机驱动电动汽车的减振需求，参考现有研究基础，设计一种基于电流变弹性体的智能减振器。智能阻尼器结构设计，包括外壳、绝缘筒、弹性底座、电极螺杆、电流变弹性体、电极连杆、弹性电极、端盖、薄螺母、螺钉、螺栓、防尘套以及吊环，电流变弹性体以淀粉微粒和钛酸钡微粒为分散相，硅油为润滑添加剂，硅橡胶为基体。

    电流变弹性体粘合在活塞以及电极两端，电极螺杆与弹簧电极通过绝缘筒进行固定，考虑到要减少轴向上的空间结构，增加实际可利用的活塞运动路线，电极连杆与绝缘筒之间采用薄螺母连接，而弹性电极与绝缘筒之间是不可穿透、不常拆装的连接形式，因此采用的是螺钉连接，弹性电极的大端、外壳端盖之间的连接考虑到连杆所受到的径向力较大，同时有中间部件，因而采用螺栓进行连接，弹性电极的大端与小端中间开有大小不同的孔供连杆穿过，连杆与弹性电极间有绝缘材料隔开，弹簧底座的小端与外壳底部进行焊接，大端通过螺纹孔连接在电极螺杆上连杆穿过电流变弹性体与活塞连接在一起，最后防尘套里端通过轴肩进行轴向固定，外端通过吊环上的螺纹孔进行固定。

    3 结论

    结合四轮独立轮毂电机驱动电动汽车的结构和发展需求，提出一种自供能智能减振器的设计思路，给出了该智能减震器详细的设计方案及结构图。

    参考文献：

    [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.