電磁式作動器，主動懸架“救命”良藥？

主動懸架的功能固然強(qiáng)大，可也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、能耗大等缺點(diǎn)，這也是它目前并沒有被廣泛應(yīng)用的原因之一...

01  概述

分布式驅(qū)動方案，采用輪邊或輪轂電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，具備傳動效率高、控制靈活、結(jié)構(gòu)緊湊等顯著優(yōu)勢，在汽車電動化進(jìn)程中備受關(guān)注。然而，較大的非懸載質(zhì)量卻對懸架性能造成了惡化，在一定程度上限制了該方案的應(yīng)用。

目前，國內(nèi)外企業(yè)和高校的專家學(xué)者正在致力于研究如何抑制非懸載質(zhì)量對懸架性能的不良影響。

主要的技術(shù)手段包括以下幾個方面：采用新型輕量化材料和高功率密度電機(jī)；設(shè)計創(chuàng)新的驅(qū)動系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)一體化結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)動力吸振器的轉(zhuǎn)移和振動能量的消耗；以及應(yīng)用主動或半主動懸架控制技術(shù)。

02  作動器

電磁式作動器應(yīng)用于主動懸架系統(tǒng)，相較于其他主動懸架形式，具備快速響應(yīng)、高效率、饋能潛力等優(yōu)勢。在汽車電動化進(jìn)程中，電磁主動懸架所需的高壓電源也更易獲取，因此，電磁主動懸架正逐漸成為企業(yè)和高校的研究熱點(diǎn)。

目前，已實現(xiàn)量產(chǎn)的主動懸架類型根據(jù)作動器的不同可主要分為油氣式主動懸架、液壓式主動懸架和空氣彈簧主動懸架。然而，這些系統(tǒng)存在能耗較高且與節(jié)能環(huán)保的時代主題相悖的問題。考慮到車輛振動本身即是一種能量來源，傳統(tǒng)被動和半主動懸架系統(tǒng)通過熱耗散浪費(fèi)了這部分振動能量。

電磁式作動器既具備快速響應(yīng)和高效率特點(diǎn)，又能靈活地在主動和饋能模式之間工作，彌補(bǔ)了現(xiàn)有主動懸架系統(tǒng)響應(yīng)速度慢的缺陷，同時不與能耗要求相沖突。因此，采用電磁式作動器的主動懸架系統(tǒng)或許能在懸架性能和能耗之間取得平衡。

03  應(yīng)用案例

1. 米其林主動輪

米其林公司于1998年研發(fā)了集成輪內(nèi)驅(qū)動系統(tǒng)和電磁式主動懸架的總成，并申請了相關(guān)專利。

■ 米其林主動輪

2. Bose主動懸架

Bose主動懸架系統(tǒng)采用Linear Electromagnetic Motor（直線電磁電機(jī)）作為作動器。該系統(tǒng)能夠回收部分振動能量，其總能耗（包括充電和發(fā)電的能量總和）約為汽車空調(diào)系統(tǒng)的1/3。

■ Bose主動懸架

3. 奧迪主動懸架

2016年，奧迪公司推出了電磁式主動懸架系統(tǒng)“eROT”，示意圖如下。該系統(tǒng)在城市道路工況下的能耗約為40至60瓦，而在高速公路上則降至10至20瓦。

■ 奧迪主動懸架

4. 采埃孚電磁式作動器

采埃孚和大眾集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)車身姿態(tài)主動控制的電磁式作動器。該系統(tǒng)采用12V電源供電，輔以傳統(tǒng)的阻尼器，相較于液壓作動器，具有更高的性價比和較低的系統(tǒng)能耗。

■ 采埃孚電磁式作動器

5. 舍弗勒“主動機(jī)電阻尼器”

舍弗勒公司正在研發(fā)一種電磁式作動器，旨在安裝在傳統(tǒng)阻尼器的空間內(nèi)并替代阻尼器。這款作動器能夠有效地回饋系統(tǒng)的振動能量，其回饋量會隨著路面激勵幅值和車速的增加而增加。

■ 舍弗勒“主動機(jī)電阻尼器”

6. 各車企的主動懸架作動器方案

福特汽車公司、通用汽車公司、本田技研工業(yè)株式會社和日產(chǎn)自動車株式會社相繼進(jìn)行了電磁式主動懸架的研發(fā)工作。它們所采用的作動器均為旋轉(zhuǎn)式電機(jī)結(jié)合滾珠絲桿結(jié)構(gòu)的形式。

■ 各車企的主動懸架作動器方案

04  作動器構(gòu)型分析

目前，電磁饋能式主動懸架作動器結(jié)構(gòu)主要分為三類：直線電機(jī)式、旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)合滾珠絲杠式和旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)合齒輪齒條式。

■ 不同電磁式作動器結(jié)構(gòu)方案對比