轮毂电机轮内减振器的多目标优化方法研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

由于轮毂电机的控制精度高，响应快，且更容易集成多种节能新技术，已经成为当下的研究热点。但轮毂电机驱动技术将电机和减速机构等部件集成在电动轮内，必然导致电动车辆的簧下质量增大，进而引起电动车辆平顺性和安全性恶化; 路面激励产生的巨大垂直冲击也会给轮毂电机的正常工作带来诸多不利影响。

如何提高电动车辆平顺性能和减小轮毂电机的垂直振动负效应。专家学者们对此进行了一系列研究：其中包括设定了轮毂电机和车辆平顺性的评价指标，划定了电动车辆主要参数的取值范围^[1]。谭迪分析了轮毂电机产生的不平衡电磁力对车辆动力学性能的影响规律^[2]。WANG建立了主动悬架Hinfin;输出反馈控制器，用以改善电动车辆的平顺性^[3]。

针对于簧下质量增加造成的轮毂电机垂向振动负效应，国内外专家主要是通过负效应的根源和传递途径进行分析和研究^[4]。

可以进行轻量化设计和质量转移来减小轮毂电机带来的簧下质量。轻量化设计包括轮辋轻量化处理、零部件选用新型材料等，近年来人们开始进行一体化电动轮设计以达到轻量化目的。质量转移法则是应用动态阻尼吸振器、扭杆弹簧等元件，将电机或电机定子隔离，使之转化为簧上质量。

负效应的传递途径包括悬架、车轮和吸振器等。汪振优化设计了一种双臂结构被动悬架的，使用Adams软件建立仿真模型，以车轮定位参数为评价对象，对悬架转向机构进行了仿真实验和分析，使其符合设计要求^[5]。车轮采用宽胎，从而降低车轮刚度，进而减少动载荷，提高乘坐舒适性，但是这种优化方案效果十分有限，而且会降低车辆燃油经济性。胡一明分析了一些经典的悬架模型以及相应的受力分析方法，包括只增加簧下质量的模型、车轴处安装动力吸振器的模型和集成式悬架模型等^[6]。祝子屿介绍了使用Carsim与Matlab对独立驱动轮电动车进行操纵稳定性分析的方法^[7]。Fischer介绍了乘坐舒适性和行驶稳定性之间的矛盾关系，指明了悬架参数优化的方向^[8]。奉铜明提出了一种满足轮毂电机布置空间需求的“双节臂”式悬架以代替传统的麦弗逊式悬架，并验证了使用降维分析方法可以对整车操纵稳定性进行准确描述和优化设计，解决整车操纵稳定优化设计中评价指标多、优化计算量大的问题^[9]。丰田底盘研发公司的Katsuyama根据在驱动过程中会产生很大的垂向悬架反作用力的原理，介绍了一种动态运动解耦方法的理论计算，并且利用这种3D动态运动控制方法进行车辆试验，验证其对车辆性能的改进^[10]。

此外，有学者提出电动车辆可通过“轮内减振”的途径获得更加优越的平顺性能。Li Z发明了一种内置悬置系统的电动拓扑结构，将部分簧下质量转化为簧上质量，但悬置元件的阻尼和刚度参数不可变，限制了电动轮动力学性能的进一步提升^[11]。华南理工大学罗玉涛教授中提出了一种电动轮轮内主动减振系统，并且基于LQG控制算法初步探索了轮内主动减振器解决该问题的有效性^[12]，但在设计过程中未考虑电动车辆悬架系统的非线性因素，无法保证减振系统建模的准确性。由于簧上质量振动加速度关系到车辆乘坐的舒适性，车轮动载荷与车辆行驶的安全性有很大关系，MA和DENG提出了当悬架动挠度处于一定范围内波动，综合考虑车轮振动型吸振器效果相对较好^[13]。Murata在Adams/Car模块中建立了多连杆悬架运动学模型,其仿真结果与多连杆悬架数学模型的计算结果吻合，进行了互相印证^[14]。CHEN分析比较了三种减振型悬架构型，提出主被动一体式悬架构型的设计方法，最后利用MOPSO粒子群算法进行参数优化^[15]。

我们将通过建立包含轮毂电机的1/4车辆模型，在此基础上加入轮内减振器进行分析，设计一种适用于轮毂电机的轮内减振器，并且通过算法对减振器的参数进行优化，从而抑制簧下质量增加带来的负面影响，优化车身垂向加速度、车辆载荷响应以及轮毂电机的垂向冲力，从而提升车辆平顺性和操作稳定性。

参考文献

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12. 罗玉涛,谭迪.一种带新型内置悬置系统的电动轮结构研究[J].汽车工程,2013,35( 12) : 1105-1110.
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15. CHEN X B, YIN G,WANG W , WU L X, TANG F. Approaches to diminish large unsprung mass negative effects of wheel side drive electric vehicles, Journal of Advanced Mechnical Design[J]. Systems and Manufacturing, 2016, Vol.10, No.4.