【正文】 論分析了車輛被動懸架阻尼器的能量損失機理，揭示了懸架系統(tǒng)的能量耗散過程，指出振動能量回收懸架系統(tǒng)可減低整車驅動功率，對電動車輛尤為有利。 Velinsky 基于四自由度后軸懸架模型，通過測量懸架阻尼器和輪胎之間的相對速度，分析了懸架系統(tǒng)的能量耗散。 Segel 分析了懸架系統(tǒng)能量耗散對抑制不平路面振動的影響，計算得到某乘用車在顛簸路面上以 m/s 的速度行駛時， 4 個被動阻尼器的能量耗散功率約為 200 W。 Hsu 以 GM Impact 為例，估算了某車輛在高速道路上以 16 m/s 的車速行駛時，平均每個車輪可回收 8 能量功率為 100 W，相當于車輛驅動功率的 5%。喻凡理論計算了汽車主動懸架的耗能情況和回收路面振動能量潛能。 Browne 對某轎車阻尼器的能量耗散進行了定量測量，結果表明在典型城市道路上， 4 個阻尼器的能量耗散功率為 40～60 W。自 20 世紀 80 年代末，國內(nèi)外許多學者就開始了對汽車振動能量回收懸架的研究，但到目前為止，該技術沒有商業(yè)應用。振動能量回收懸架按能量回收裝置分，主要有液壓式 振動能量回收裝置和電磁式振動能量回收裝置兩種；按其工作方式分為被動懸架、半主動懸架和主動懸架。液壓式振動能量回收懸架的響應頻率較低，響應速度較慢，能量回收能力有限，而電磁式振動能量回收懸架能量轉換方便，且利于存儲和再利用，因此正在成為振動能量回收懸架領域的研究熱點。國內(nèi)外學者和企業(yè)已圍繞有效回收振動能量和保證足夠的減振性能等核心問題進行了探索和嘗試，獲得了一些有價值的成果，并在樣機試制和試驗驗證上取得了較大進展。隨著電控系統(tǒng)的日趨成熟以及控制策略的日益完善，電磁式振動能量回收懸架，將會成為具有發(fā)展前景的研究 方向。 20 世紀末期到 21 世紀初，美國德克薩斯大學在軍用車改裝項目中講電磁式阻尼器安裝在高機動多功能輪式車輛上進行實車試驗。這一系統(tǒng)將振動能量的回收、儲存電能的管理統(tǒng)一起來。提高了整車的操縱及動力性能，減小車輛在粗糙路面上行駛時的滾動阻力，因此提高車輛的行駛平順性及行駛速度。但由于該試驗主要是改進軍用車輛的性能，因此研究的重心在于提高動力性和行駛平順性，而在節(jié)能方面還有待進一步的提高。 20xx 年， Bose 公司宣稱，用直線電機取代彈簧與減震器，其內(nèi)置纏繞電線的線圈與磁鐵，線圈通電后，懸架系統(tǒng)根據(jù)車身和車輪的相對 位置的不同而伸張或收縮，而當懸架收縮時，直線電機猶如一個發(fā)電機可以將產(chǎn)生的能量返送給功放器。 Bose 公司通過這項技術建立的電磁式懸架系統(tǒng)，在利用電磁力和直線電機抵消道路沖擊的同時回收部分能量。 20xx 年 2 月，麻省理工學院（ MIT）聲稱氣采用液壓系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)成功研制了一種用于汽車懸架部位的能量回收裝置。將此裝置安裝在一個 6 輪的卡車上，試驗結果表明平均每個回收裝置能夠回收 1KW 的能量。在國內(nèi)，相關項目的研究大多仍然停留在仿真及初步試驗的階段，盡管也都對回收能量裝置的結構及基本原理進行了詳盡的闡述，但實際研究成 果較少。其中，吉林大學與上海交通大學對振動能量回收懸架的可行性分析做了較為深入的探討。 車輛振動能量再生系統(tǒng)應滿足的設計要求 1） 設計圖尺寸、參數(shù)等指標與實物一致； 2） 實現(xiàn)模擬車輛實際道路行駛的振動特征； 3） 振動能量有效地轉化為電能。 9 車輛振動能量再生系統(tǒng)的設計內(nèi)容及方法 設計內(nèi)容 設計車輛振動能量再生系統(tǒng)，主要包括再生系統(tǒng)整體框架設計、振動能量再生減振器設計、道路譜發(fā)生裝置設計、電能吸收分配裝置設計等內(nèi)容。能量再生試驗臺的各個組成部分的指標、參數(shù)按照車輛實物進行設計，滿足 實際運行需要的指標、參數(shù)的設計。 具體步驟如下 ： （ 1）收集資料確定再生系統(tǒng)整體框架； （ 2）計算車輛的減震器所受沖力 ； （ 3） 計算振動能量再生減震器各個部件的數(shù)據(jù)； （ 4） 進行振動能量再生減震器平面零件的設計； （ 5） 進行振動 電能回收與分配裝置設計 （ 6）在 CAD 軟件平臺進行 振動能量再生系統(tǒng) 零件 建模； （ 7）對 CAD 軟件建模的模型進行裝配 。 研究方法 根據(jù)任務書的要求并通過查詢相關資料制定出以下研究方法 ： 文 獻 檢 索 、 收 集 資 料電 能 吸 收 分 配 裝 置 設 計振 動 能 量 再 生 裝 置 設 計 道 路 譜 發(fā) 生 裝 置 設 計進 行 數(shù) 據(jù) 計 算圖 紙 繪 制 （ 裝 配 圖 、 零 件圖 ）完 成 說 明 書圖 設計路線圖 10 解決的主要問題 對 車輛振動能量再生系統(tǒng)整體結構的 設計圖的繪制 ； 對 振動能量再生減震器設計圖的設計； 對 電能回收與分配裝置 的設計 。 11 第 2 章 懸架系統(tǒng)的選擇 汽車懸架是車架 (或車身 ) 與車橋 (或車輪 )之間彈性連接的部件。主要州彈性元件、導向機構及減振器三個基本部分組成。此外，還可包括一些特殊功能的部件，如緩沖塊和穩(wěn)定桿等。現(xiàn)代汽車還采用了控制機構，形成可控式懸架。 汽車懸架把車身和車輪彈性地連接在一起。懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩 和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性、減小貨物和車輛本身的動載荷。 汽車懸架的工作原理是 : 當汽車輪胎受到?jīng)_擊時，彈性元件對沖擊進行緩沖，防止對汽車構件和人員造成損傷。但彈性件受到?jīng)_擊時會產(chǎn)生長時間持續(xù)的振動， 容易使駕駛員疲勞而發(fā)生車禍， 故減振元件必須快速衰減振動。當車輪受到?jīng)_擊而跳動時， 使其運動軌跡符合一定的要求， 增加汽車的平順性和穩(wěn)定性。導向構件在傳力的同時，對方向進行控制。 懸架與汽車的多種使用性能有關，為滿足這些性能，懸架系統(tǒng)必須能滿足這些性能的要求 ： 首先，懸 架系統(tǒng)要保證汽車有良好的行駛平順性，對以載人為主要目的的轎車來講，乘員在車中承受的振動加速度不能超過國標規(guī)定的界限值。其次，懸架要保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動衰減快。再次，要能保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，一方面懸架要保證車輪跳動時，車輪定位參數(shù)不發(fā)生很大的變化，另一方面要減小車輪的動載荷和車輪跳動量。還有就是要保證車身在制動、轉彎、加速時穩(wěn)定，減小車身的俯仰和側傾。最后要保證懸架系統(tǒng)的可靠性，有足夠的剛度、強度和壽命。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，汽車懸架 作為 車架 (或車身 )與車軸 (或車輪 )之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標之一。 與非獨立懸架相比，獨立懸架具有許多優(yōu)點：非懸掛質(zhì)量小，懸架所受到并傳給車身的沖擊載荷小，有利于提高汽車的行駛平順性及輪胎的接地性能；左右車輪的跳動沒有直接的相互影響，可減少車身的傾斜和振動；占用橫向空間少，便于發(fā)動機布置，可以降低發(fā)動機的安裝位置，從而降低汽車質(zhì)心位置，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性；易于實現(xiàn)驅動轉向等。所以此越野車前懸架采用獨立懸架。隨著高速公路網(wǎng)的 快速發(fā)展，促使汽車速度不斷提高，使得非獨立懸架已不能滿足行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求。因此，獨立懸架獲得了很大 12 的發(fā)展空間。獨立懸架的結構特點是，兩側的車輪各自獨立地與車架或車身彈性連接，因而具有很多優(yōu)點。獨立懸架中尤其是雙橫臂獨立懸架得到了廣泛的應用。 獨立懸架結構、類型和特點 這種懸架在車輪跳動時．車輪傾角有顯著的變化，側滑量大、輪胎磨損嚴重，轉向輪采用這種懸架對轉向操縱有一定影響因此很少用于的前懸架。對后懸架來說．汽車在小向心加速度行駛時車輪外傾角變化將增加汽車不足轉向因素 ．而在大向心加速度時車身產(chǎn)生 “舉升 ”現(xiàn)象。單橫臂式懸架結構簡單、質(zhì)量小、成本低，在早期轎車后懸架上采用得比較多，目前已很少使用。 單縱臂式懸架在車輪跳動時，車輪外傾角和前束不變，但后傾角變化較大，因此多用于不轉向的后輪。轉彎行駛時，由于車輪隨車身一起向外傾斜，后懸架采用這種懸架容易出現(xiàn)過多轉向趨勢。單縱臂式懸架結構簡單、質(zhì)量小，可以得到較大的室內(nèi)空間，所以在前輪驅動汽車的后懸架上應用的比較多，目前被單斜臀式、麥弗遜式獨立懸架所代替。 介于單橫臂式和單縱臂式之間的一種懸架結構。擺臂 的轉動軸線與汽車縱軸線所成角度在 0186。90186。之間。單斜臂式懸架自 60 年代初問世以來，在后輪驅動汽車的后懸架上得到了廣泛應用。目前由于對汽車干順性和操縱穩(wěn)定性提出了更高要求，有些汽車采用了結構更復雜的雙橫臂式或多桿式獨立懸架。今后伴隨著后輪驅動汽的減少，單斜臂式懸架應用會逐漸減少。 這種懸架主要優(yōu)點是，車輪運動特性比較好，左、右車輪在等幅正向或反向跳動時，車輪外傾角、前束及輪距無變化，汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。但這種懸梁在側向力作用時。呈過多轉向趨勢。另外，扭轉梁因強度關系，允許承受的載荷受 到限制。扭轉梁式懸架結構簡單、成本低、在一些前置前驅動汽車的后懸架上應用得比較多。 雙橫臂式獨立懸架按其上、下橫臂的長短又分為等長雙橫臂式和不等長雙橫臂式兩種。等長雙橫臂式懸架在其車輪作上、下跳動時，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會使輪胎磨損嚴重，故已很少采用，多為不等長雙橫臂式懸架所取代。后一種形式的懸架在其車輪上、下跳動時，只要適當?shù)剡x擇上、下橫臂的長度，并合理布置，即可使輪距及車輪定位參數(shù)的變化量限定在允許的 13 范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不引起車輪沿路面的側滑，而為輪胎的彈性變 形所補償。因此，不等長雙橫臂獨立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性，已為中高級轎車的前懸架所廣泛采用。 多桿式懸架主要優(yōu)點是，利用多桿控制車輪的空間運動軌跡，以便更好地控制車輪定位參數(shù)變化規(guī)律，得到更為滿意的汽車順從轉向特性，最大限度滿足汽車操縱性和平順性要求。缺點是零件數(shù)量多、結構復雜、要求精度高。多桿式懸架是目前最為先進的懸架結構。 它可看成是上擺臂等效無限長的雙橫臂式獨立懸架。它的突出優(yōu)點是簡化了結構，減小了質(zhì)量，節(jié)省了空間，有利于前部地板構造和發(fā)動機布置。它的缺點是：由于自由 度少，懸架運動特性的可設計性不如雙橫臂懸架；振動通過上支點傳遞給汽車頭部，需采取相應的措施隔離振動、噪聲；減震器的活塞桿與導向套之間存在摩擦力，使得懸架的動剛度增加，彈性特性變差，小位移時這一影響更加顯著；對輪胎的不平衡性 更加 敏感；減震器緊貼車輪布置，其空間很小，有些情況下不便于采用寬胎或加裝防滑鏈。 導向機構的設計 根據(jù)導向機構的結構特點，汽車懸架可以分為非獨立懸架和獨立懸架。非獨立懸架兩側的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架連接。特點是當一側的車輪遇到路面沖擊而跳動時，必 然導致另一側車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動。非獨立懸架由于非簧載質(zhì)量比較大，高速行駛時懸架受到?jīng)_擊載荷比較大，平順性較差。獨立懸架的車橋做成斷開的，每一側車輪可以單獨通過彈性懸架與車架連接。 結構較非獨立懸架復雜，但兩側的車輪單獨跳動時互不影響，可以提高乘坐的舒適性和平順性。獨立懸架使得發(fā)動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質(zhì)量小，可提高汽車車輪的附著性。 在汽車通過有凹坑的路面引起在車輪接地點產(chǎn)生縱 向力時，此縱向力繞下控制臂球銷和前襯套的軸線形成縱向力矩，通過設定 L 形下控制臂后襯套的剛度來控制該 力矩，緩和路面帶來的沖擊使車輪產(chǎn)生縱向柔性。可見 L 型下控制臂的設計，使汽 車在側向和縱向的受力分別通過前、后襯套進行控制 ,使需要的側向剛度獨立于縱向 柔性，使側向力和縱向力同時作用時相互間不發(fā)生耦合，避免了懸架臂共振的發(fā)生， 從而提高了汽車行駛的平順性。另外， L 形控制臂的 14 前后連接襯套剛度一般都設定為 前硬后軟，這有助于在轉向時受到側向力時前輪形成負前束，增加不足轉向的趨勢， 有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性 。