集成電磁懸架的輪轂驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)垂向振動(dòng)抑制方法研究

汪若塵 俞 峰 邵 凱 孟祥鵬 丁仁凱 陳 龍

(江蘇大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

0 引言

電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)形式分為電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)。與集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)省去了變速器、傳動(dòng)軸、減速器等動(dòng)力-傳動(dòng)系統(tǒng)，提高了傳動(dòng)效率和空間利用率，更易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)控制和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)[1-2]。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)已成為國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車(chē)技術(shù)研究熱點(diǎn)[3-6]。

由于引入輪轂電機(jī)造成非簧載質(zhì)量增加，影響了輪胎接地性與車(chē)輛平順性。針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者[7-11]圍繞輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。寧國(guó)寶等[12]通過(guò)分析頻率域傳遞函數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的均方根，表明非簧載質(zhì)量增大不僅影響整車(chē)平順性，還降低了行駛安全性。BROOKE[13]通過(guò)主觀評(píng)價(jià)、數(shù)值仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)非簧載質(zhì)量增大對(duì)車(chē)輛性能造成的影響進(jìn)行了研究。VAN SCHALKWYK等[14]分析了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)的固有頻率及其隨載荷的變化關(guān)系。

YANG等[15]提出通過(guò)特殊平面電機(jī)設(shè)計(jì)將電機(jī)的定子質(zhì)量轉(zhuǎn)換為簧載質(zhì)量的方法，但輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子與電機(jī)殼體仍是非簧載質(zhì)量，對(duì)平順性的優(yōu)化效果不明顯。CHEN等[16]將電機(jī)質(zhì)量轉(zhuǎn)換為簧載質(zhì)量，對(duì)垂向振動(dòng)負(fù)效應(yīng)進(jìn)行控制，但并未考慮電機(jī)對(duì)輪胎接地性帶來(lái)的影響。徐廣徽[17]提出一種基于 FXLMS 算法的主動(dòng)懸架抑制輪轂電機(jī)的垂向激勵(lì)，改善了車(chē)輛的行駛平順性，但輪轂電機(jī)引起的汽車(chē)安全性問(wèn)題仍然存在。嚴(yán)天一等[18]提出采用粒子群模糊混合控制方法，優(yōu)化懸架性能，提高車(chē)輛平順性。趙彩虹等[19]采用LQG控制策略對(duì)主動(dòng)懸架進(jìn)行優(yōu)化分析。但上述研究都僅局限于對(duì)車(chē)輛的乘坐舒適性進(jìn)行改善，而對(duì)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性和車(chē)輪動(dòng)態(tài)性能的分析都涉及較少，也未兼顧兩者性能。

本文提出一種輪轂電機(jī)懸置的電磁懸架結(jié)構(gòu)，直線(xiàn)電機(jī)采用天棚控制策略，建立1/4懸架模型，從頻域和時(shí)域兩方面考慮，抑制系統(tǒng)低頻車(chē)身型與高頻車(chē)輪型共振，降低車(chē)身加速度和車(chē)輪動(dòng)載荷，從而減小對(duì)人體舒適性的不利影響，以期改善車(chē)輛的行駛平順性和輪胎接地性。

1 懸架結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

圖1 懸架動(dòng)力學(xué)模型Fig.1 Dynamic model of suspension model

如圖1所示，在傳統(tǒng)懸架模型的基礎(chǔ)上安裝輪轂電機(jī)，以輪轂電機(jī)作為非簧載質(zhì)量的一部分搭建懸架模型。并建立懸架系統(tǒng)振動(dòng)微分方程

(1)

式中q——路面不平度輸入，m

Zs——車(chē)身垂向位移，m

Zt——輪胎垂向位移，m

mv——輪轂電機(jī)質(zhì)量

根據(jù)表1中的參數(shù)對(duì)兩者進(jìn)行仿真對(duì)比，路面隨機(jī)輸入如圖2所示。由圖3可知，在時(shí)域內(nèi)，電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)式懸架輪胎動(dòng)載荷均方根為503.5 N，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)式懸架輪胎動(dòng)載荷為582.5 N，較集中驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)增加了15.7%；由圖4可知，在頻域內(nèi)，輪轂電機(jī)式結(jié)構(gòu)輪胎動(dòng)載荷增益變大，尤其在10 Hz附近的高頻共振區(qū)段更加明顯，而高頻處輪胎動(dòng)載荷的變化反映輪胎接地性，結(jié)果表明，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)式懸架輪胎接地性惡化。這主要是因?yàn)橐胼嗇炿姍C(jī)使非簧載質(zhì)量增加，簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比減小造成的。

表1 傳統(tǒng)懸架模型參數(shù)Tab.1 Conventional suspension model parameters

圖2 隨機(jī)路面輸入Fig.2 Random road input

圖3 車(chē)輪動(dòng)載荷時(shí)域?qū)Ρ菷ig.3 Time domain comparison of dynamic load

圖4 車(chē)輪動(dòng)載荷頻域?qū)Ρ菷ig.4 Frequency domain comparison of dynamic load

2 系統(tǒng)建模

2.1 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于非簧載質(zhì)量增加引起的輪胎動(dòng)載荷增大，會(huì)造成輪胎接地性惡化，從而影響車(chē)輛安全性。為解決由于非簧載質(zhì)量增加造成的不利影響，提出集成直線(xiàn)電機(jī)的懸置式輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)，其中對(duì)直線(xiàn)電機(jī)采用天棚控制策略，即從結(jié)構(gòu)和控制方法兩個(gè)方面抑制輪胎接地性惡化，改善車(chē)輛平順性。

懸置式輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)在車(chē)輪支撐軸與電機(jī)定子之間安裝有橡膠彈性片，其中橡膠材料的彈性模量比金屬小，具有隔振性。此種結(jié)構(gòu)下，輪轂電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)力吸振器，能有效分擔(dān)車(chē)輪在高頻共振區(qū)的振動(dòng)。同時(shí)，在簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量之間安裝直線(xiàn)電機(jī)，直線(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示，直線(xiàn)電機(jī)參數(shù)如表2所示。直線(xiàn)電機(jī)與傳統(tǒng)阻尼器采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。以直線(xiàn)電機(jī)為作動(dòng)器，輸出作動(dòng)力，并采用天棚策略對(duì)輸出作動(dòng)力進(jìn)行控制，抑制系統(tǒng)的輪胎型共振峰，防止系統(tǒng)由于非簧載質(zhì)量的增加造成輪胎動(dòng)載荷的增大。此外，由于系統(tǒng)裝有傳統(tǒng)阻尼器，懸架具有Fail-safe特性，即當(dāng)電磁作動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，懸架系統(tǒng)仍可正常工作。

圖5 直線(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of line motor

圖6所示為懸置式輪轂電機(jī)輪胎結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(內(nèi)部軸承、螺栓、螺釘連接部件被簡(jiǎn)化)，本方案設(shè)計(jì)的是內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述輪胎內(nèi)組件包括輪轂電機(jī)外轉(zhuǎn)子、電機(jī)內(nèi)定子、彈性元件、支撐軸、節(jié)臂。其中輪胎支承軸通過(guò)彈性元件與定子軸套連接。

表2 直線(xiàn)電機(jī)相關(guān)參數(shù)Tab.2 Linear motor parameters

圖6 輪轂電機(jī)輪胎結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.6 Structure of hub motor

車(chē)輛行駛過(guò)程中，路面垂向激勵(lì)會(huì)通過(guò)輪胎經(jīng)電機(jī)定子作用到輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，這將對(duì)輪轂電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而對(duì)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能產(chǎn)生不利影響，甚至降低車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)特性，基于此，在輪轂電機(jī)定子軸套與支撐軸之間添加彈性元件，使非簧載質(zhì)量轉(zhuǎn)換為吸振器，通過(guò)彈性元件的內(nèi)摩擦阻尼吸收路面?zhèn)鬟f過(guò)來(lái)的垂向振動(dòng)能量而對(duì)振動(dòng)進(jìn)行抑制，降低路面激勵(lì)對(duì)輪轂電機(jī)造成的不利影響，改善輪胎系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能。

圖7 輪轂電機(jī)懸置的電磁懸架結(jié)構(gòu)Fig.7 Dynamic model of electromagnetic suspension with motor

此方案將輪轂電機(jī)作為一個(gè)獨(dú)立的質(zhì)量系，并通過(guò)橡膠襯套與車(chē)輪支承軸連接，由于結(jié)構(gòu)中橡膠襯套存在阻尼和剛度，將其等效為彈簧-阻尼系統(tǒng)，建立1/4車(chē)輛懸架模型，其等效動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)如圖7所示。根據(jù)圖7，系統(tǒng)振動(dòng)微分方程為

(2)

式中Kv——橡膠襯套等效剛度，取13 200 N/m

Cv——橡膠襯套等效阻尼系數(shù)，取350 N·s/m

Zv——電機(jī)垂向位移，m

Fa——直線(xiàn)電機(jī)輸出作動(dòng)力，N

路面輸入采用

(3)

式中G0——路面不平度，m3

u——車(chē)速，m/s

f0——下截止頻率，取0.062 8 Hz

ω(t)——高斯白噪聲，可生成隨機(jī)路面

路面等級(jí)設(shè)置為C級(jí)，因此路面不平度G0等于2.56×10-6m-3，車(chē)速設(shè)置為20 m/s。

2.2 控制器設(shè)計(jì)

為了能抑制懸架車(chē)身型振動(dòng)，提高懸架的平順性，以直線(xiàn)電機(jī)為作動(dòng)器，本文采用天棚控制策略控制作動(dòng)器輸出主動(dòng)力。與其他控制策略相比，天棚控制策略能降低車(chē)身加速度，提高車(chē)身隔振性能，改善車(chē)輛的平順性。但同時(shí)由于車(chē)身平順性和輪胎接地性存在矛盾，在改善車(chē)身平順性的同時(shí)，會(huì)對(duì)輪胎接地性造成一定影響。而本文采用的輪轂電機(jī)懸置結(jié)構(gòu)，不僅抵消了天棚控制策略對(duì)接地性造成的不利影響，而且有效抑制了車(chē)輪在高頻段的共振。

本文設(shè)計(jì)了雙環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)為懸架控制器，用于根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變量(由傳感器測(cè)得)通過(guò)天棚控制策略得到理想天棚力，從而得到理想控制電流。內(nèi)環(huán)為電機(jī)控制器，采用電流跟蹤控制，跟蹤理想控制電流，以此控制直線(xiàn)電機(jī)跟隨理想天棚力輸出實(shí)際作動(dòng)力，使車(chē)輛保持良好的行駛平順性。控制系統(tǒng)框圖如圖8所示。

圖8 控制系統(tǒng)框圖Fig.8 Control system diagram

直線(xiàn)電機(jī)產(chǎn)生的天棚作動(dòng)力為

(4)

式中Csky——天棚阻尼系數(shù)，取700 N·s/m

2.3 系統(tǒng)傳遞特性分析

針對(duì)輪轂電機(jī)引起的車(chē)輛垂向振動(dòng)負(fù)效應(yīng)，根據(jù)提出的輪轂電機(jī)懸置的電磁懸架系統(tǒng)以及其動(dòng)力學(xué)微分方程，本節(jié)分析輪轂電機(jī)-電磁懸架耦合系統(tǒng)中垂向力的傳遞機(jī)理，推導(dǎo)車(chē)身、車(chē)輪及輪轂電機(jī)之間的傳遞特性。

對(duì)式(2)進(jìn)行傅里葉變換得

(5)

整理化簡(jiǎn)得車(chē)身位移對(duì)輪胎位移的頻率響應(yīng)函數(shù)為

(6)

輪轂電機(jī)位移對(duì)輪胎位移的頻率響應(yīng)函數(shù)為

(7)

輪胎位移對(duì)路面輸入的頻率響應(yīng)函數(shù)為

(8)

其中

A1=Ks+jωCsω=2πf

式中 j——虛數(shù)單位

ω——圓頻率

(9)

將式(6)、(8)代入式(9)得

(10)

(11)

將式(8)代入式(11)得

(12)

3 仿真

為驗(yàn)證所提出懸置式輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)和天棚控制策略的可行性與有效性，本節(jié)在隨機(jī)路面激勵(lì)工況下，針對(duì)表1提供的模型參數(shù)，基于第2節(jié)理論分析，分別對(duì)以下3種結(jié)構(gòu)在頻域和時(shí)域內(nèi)進(jìn)行對(duì)比分析。

(1)傳統(tǒng)式輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)懸架(傳統(tǒng)式)，結(jié)構(gòu)示意如圖1a所示。

(2)懸置式輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)懸架(懸置式)，結(jié)構(gòu)示意如圖9所示。

(3)懸置式輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的電磁主動(dòng)懸架(圖7)，簡(jiǎn)稱(chēng)為懸置電磁式，其中直線(xiàn)電機(jī)采用天棚控制策略。

圖9 輪轂電機(jī)懸置被動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)Fig.9 Dynamic model of suspension with in-wheel motor

其中，仿真中各懸架類(lèi)型系統(tǒng)參數(shù)保持一致。依據(jù)輪胎動(dòng)載荷和車(chē)身加速度傳遞函數(shù)式(10)、(12)，仿真得出輪胎動(dòng)載荷和車(chē)身加速度幅頻特性曲線(xiàn)如圖10、11所示。依據(jù)懸架動(dòng)力學(xué)方程，仿真得出各懸架輪胎動(dòng)載荷、車(chē)身加速度時(shí)域內(nèi)曲線(xiàn)如圖12、13所示。

圖10 輪胎動(dòng)載荷頻域特性仿真對(duì)比Fig.10 Frequency domain comparison of dynamic load

圖11 車(chē)身加速度頻域特性仿真對(duì)比Fig.11 Frequency domain comparison of acceleration in body

圖12 輪胎動(dòng)載荷時(shí)域仿真對(duì)比Fig.12 Time domain comparison of dynamic load

圖13 車(chē)身加速度時(shí)域仿真對(duì)比Fig.13 Time domain comparison of acceleration in body

表3 頻域仿真結(jié)果Tab.3 Results of frequency domain simulation Hz

在頻域內(nèi)，由圖10可知，懸置式結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)在車(chē)輪型共振頻率附近，共振峰幅值明顯減小，輪胎接地性得到提高；由表3和圖10可知，傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)車(chē)輪型共振峰頻率在9.3 Hz附近，而懸置電磁式結(jié)構(gòu)車(chē)輪型共振頻率在13.1 Hz附近，根據(jù)文獻(xiàn)[20]，人體對(duì)車(chē)身振動(dòng)頻率最敏感范圍為4～12.5 Hz，在4～8 Hz頻率范圍內(nèi)，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振，而8～12.5 Hz頻率范圍的振動(dòng)對(duì)人的脊椎系統(tǒng)影響很大。這表明，懸置式懸架結(jié)構(gòu)能夠使輪胎型共振區(qū)域延后，有效避免車(chē)身垂向振動(dòng)對(duì)人體產(chǎn)生的不利影響，這是因?yàn)閼抑檬捷嗇炿姍C(jī)相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)力吸振器，能夠分擔(dān)輪胎受到的垂向動(dòng)態(tài)載荷。

由圖10同樣可知，在輪胎動(dòng)載荷增益的表現(xiàn)上，懸置電磁式結(jié)構(gòu)和懸置式結(jié)構(gòu)并無(wú)太大差異。此外，從圖10可以看出，懸置式結(jié)構(gòu)由于輪轂電機(jī)的振動(dòng)會(huì)在3.5 Hz時(shí)存在另一個(gè)共振峰，但其峰值較小，并且不在人體對(duì)車(chē)身最敏感范圍4～12.5 Hz內(nèi)，所以可以不計(jì)其影響。

由圖11可知，懸置電磁式結(jié)構(gòu)相比懸置式結(jié)構(gòu)，在1.1 Hz附近，能有效抑制車(chē)身型共振，這是因?yàn)閼抑秒姶攀浇Y(jié)構(gòu)中直線(xiàn)電機(jī)作為作動(dòng)器，輸出天棚控制力抑制了車(chē)身型共振。

綜合而言，懸置電磁式結(jié)構(gòu)不僅能抑制高頻輪胎型共振，而且在低頻車(chē)身型振動(dòng)頻段也有良好的性能，有效提高了車(chē)身和車(chē)輪的動(dòng)態(tài)性能。

在時(shí)域內(nèi)，由圖12和表4可知，懸置式結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)輪胎動(dòng)載荷下降15.5%，可以看出輪轂電機(jī)懸置的結(jié)構(gòu)布置能有效分擔(dān)輪胎承受的垂向動(dòng)載。懸置電磁式結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)輪胎動(dòng)載荷下降13.0%，相比僅有懸置式結(jié)構(gòu)輪胎動(dòng)載稍有增加。

表4 時(shí)域仿真結(jié)果Tab.4 Results of time domain simulation

由圖13和表4可知，懸置電磁式結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)式和懸置式結(jié)構(gòu)車(chē)身加速度明顯下降，分別下降24.7%、23.2%，這是因?yàn)閼抑秒姶攀浇Y(jié)構(gòu)采用天棚控制策略，能有效抑制車(chē)身振動(dòng)。

綜合而言，相較于傳統(tǒng)的帶有輪轂電機(jī)的懸架，懸置電磁式結(jié)構(gòu)不僅能降低車(chē)輪動(dòng)載荷，還能抑制車(chē)身垂向振動(dòng)。其中采用懸置式結(jié)構(gòu)抑制了輪胎接地性的惡化，采用天棚控制改善了車(chē)輛平順性。

4 試驗(yàn)

為驗(yàn)證輪轂電機(jī)懸置的電磁懸架可行性，設(shè)計(jì)了集成傳統(tǒng)阻尼器與直線(xiàn)電機(jī)樣機(jī)，并通過(guò)彈簧和減振器與輪胎質(zhì)量系連接，在數(shù)控液壓伺服單通道試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)。臺(tái)架結(jié)構(gòu)布置如圖14所示，單通道臺(tái)架由機(jī)架、直線(xiàn)電機(jī)、彈簧、減振器、集成輪轂電機(jī)的輪胎組成，其中機(jī)架加載質(zhì)量為310 kg，模擬1/4車(chē)輛簧上質(zhì)量。數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用LMS SCADAS多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用dSPACE，包括MicroAutoBox和RapidPro模塊，RapidPro模塊作為驅(qū)動(dòng)與MicroAutoBox構(gòu)建一個(gè)控制系統(tǒng)ECU，實(shí)物如圖15所示。

圖14 單通道試驗(yàn)Fig.14 Single channel test

圖15 控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig.15 Control system and data acquisition system

圖16 試驗(yàn)控制方案Fig.16 Test control scheme

試驗(yàn)控制方案如圖16所示，將Simulink模型中產(chǎn)生的路面譜下載到激振臺(tái)控制PC，由液壓伺服控制中心控制激振臺(tái)模擬路面輸入。試驗(yàn)中控制中心可采集激振頭位移信號(hào)和車(chē)輪動(dòng)載荷信號(hào)，加速度傳感器用于采集車(chē)身加速度，將信號(hào)通過(guò)積分電路處理后傳給dSPACE單元，dSPACE作為ECU根據(jù)設(shè)計(jì)的控制策略通過(guò)發(fā)送邏輯信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，再通過(guò)輸出電壓信號(hào)對(duì)直線(xiàn)電機(jī)進(jìn)行控制，使直線(xiàn)電機(jī)輸出作動(dòng)力對(duì)懸架進(jìn)行控制。

分別對(duì)傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)和懸置電磁式結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。首先在C級(jí)隨機(jī)路面下進(jìn)行試驗(yàn)，車(chē)速為20 m/s，試驗(yàn)時(shí)間為10 s。試驗(yàn)結(jié)果如圖17和表5所示。

由圖17和表5可以看出，懸置電磁式結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)車(chē)身加速度下降23.1%，輪胎動(dòng)載荷下降16.6%，由此可得懸置電磁式結(jié)構(gòu)在車(chē)身加速度和輪胎動(dòng)載荷均方根都優(yōu)于傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)結(jié)果表明，懸置電磁式結(jié)構(gòu)能夠改善輪胎接地性和車(chē)身平順性，與仿真結(jié)果相符。

圖17 隨機(jī)路面試驗(yàn)結(jié)果Fig.17 Test results on random road

表5 試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of test

其次，在正弦激勵(lì)下進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)中正弦激勵(lì)輸入的頻率選取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 Hz。正弦激勵(lì)輸入均為50個(gè)循環(huán)、振幅為5 mm。

圖18 正弦路面試驗(yàn)結(jié)果Fig.18 Test results on sine road

在不同激振正弦頻率下對(duì)傳統(tǒng)式懸架和懸置電磁式懸架進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)每個(gè)頻率下兩種結(jié)構(gòu)的車(chē)身加速度和輪胎動(dòng)載荷取均方根，對(duì)比結(jié)果如圖18所示。當(dāng)激振臺(tái)提供的正弦激勵(lì)大于4 Hz時(shí)，懸置電磁式結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)車(chē)身加速度降低，車(chē)輛平順性提高；在輪胎接地性方面，可以看出懸置電磁式結(jié)構(gòu)在各頻率下車(chē)輪動(dòng)載荷均方根都較低，在一定程度上改善了輪胎接地性，提高了車(chē)輛的安全性。

5 結(jié)論

(1)仿真分析表明，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)車(chē)由于輪轂電機(jī)的引入使非簧載質(zhì)量增加，導(dǎo)致車(chē)輛的輪胎接地性下降，汽車(chē)平順性惡化。

(2)提出了一種輪轂電機(jī)懸置的電磁懸架結(jié)構(gòu)，懸置式輪轂電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)力吸振器，能有效分擔(dān)輪胎受到的垂向動(dòng)載荷，直線(xiàn)電機(jī)采用天棚控制策略，抑制車(chē)身振動(dòng)。通過(guò)結(jié)構(gòu)和控制方法兩方面的改進(jìn)，抑制由于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)非簧載質(zhì)量增大引起的垂向振動(dòng)負(fù)效應(yīng)。

(3)仿真及臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，在時(shí)域內(nèi)，對(duì)于平順性，懸置電磁式結(jié)構(gòu)懸架相比傳統(tǒng)帶輪轂電機(jī)懸架，能減小車(chē)身加速度，提高車(chē)身隔振性；在輪胎接地性方面，其能夠有效降低系統(tǒng)車(chē)輪動(dòng)載荷，提高輪胎接地性，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)帶輪轂電機(jī)懸架。在頻域低頻區(qū)，懸置電磁式結(jié)構(gòu)能削弱車(chē)身型共振峰；在頻域高頻區(qū)，其不僅能削弱車(chē)輪型共振峰，而且能夠延后共振峰的頻段，有效避免了人體能感受到的最敏感振動(dòng)區(qū)段。