1.1 馈能式悬架的研究背景

汽车悬架的工作是最大限度地增加轮胎与路面之间的摩擦力，提供良好操纵的转向稳定性，以及确保乘客的舒适度[1]。在汽车的日常行驶过程中，只有10-16%的燃油能量用于车辆的驱动，而其他大部分能量均用于克服路面的摩擦阻力与空气阻力。其中一部分能量由于路面的摩擦阻力和车辆的加减速耗散在了悬架系统之中[2]。而传统减振器通过热能将这一部分能量耗散掉了，若将这部分能量加以回收，可改善汽车燃油的经济性，并且通过相应控制方法，还能够提升车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。故此，近年来大量学者对馈能式悬架进行了深入的研究。

对于悬架系统的能量回收潜力，Lei Zuo等人[3]研究表明，一辆中型轿车在一般路面上以96km/h的速度行驶，悬架耗散能量可达400W。且能量回收潜力的平均值取决于路面不平度系数、行驶速度、轮胎刚度。[4]中对悬架系统的在弹跳、倾斜以及转动状态下的能量回收潜力进行了理论分析和实验验证。在仿真模拟中他们发现在20Hz/5mm的正弦激励下弹跳、侧倾和旋转模式下的能量回收潜力分别为1.1KW、0.88KW、0.97KW，对应这三种状态下的台架试验的结果分别为0.98KW、0.74KW、0.78KW。[5]认为研究人员常用的ISO 8608中定义的路面等级对于分析悬架的能量回收潜力过于粗糙，通过其修订的激励情况发现90km/h行驶时可获得的平均能量为24.6W到57W。

通过以上分析可知，车辆的悬架系统具有较大的能量回收潜力。并且，经过多年的发展，馈能式悬架可根据发电机的类型分为直线电机式和旋转电机式。

1) 直线电机式馈能悬架

直线电机式馈能悬架通过磁铁和线圈之间的线性运动来产生电能。

文献[6]对直线电机式悬架的假定磁场强度条件下的和机械时间常数做了合理的估计，并发现即使线圈和外部质量同时使用，电磁式减振器均可用来抑制振动，且其周期比时间常数更长。文献[7]通过试验验证了能量自供给的悬架系，统的可行性，并提出了耗能更少的混合控制办法，其高频正弦激励下的反应效果比传统被动式悬架更优。文献[8]对电磁能量回收式悬架能够节约的能量进行了概念验证，并通过两个试验验证了简化的涡流阻尼模型，该试验是基于2500lb的车辆在美国特定道路上行驶。文献[9]对于多种形式的直线电机式减振器进行了研究，研究对象包括被动式、半主动式和主动式，并通过几何参数优化以获得更大的电磁力与磁通量，在考虑物理阻力的情况下基于分析模型得到了能够产生的最大阻尼力。文献[2]设计了一款直线电机式能量回收器并做了原理样机，通过试验发现在悬架运动速度均方根（RMS）为0.25m/s时一个减振器能够回收16瓦的能量。Paz[10]在2004年研究了不同配置下的直线电机式悬架，重点描述了其中一种磁铁和导体的形式，验证了其理论效率可达46%，但是并没有制造和装配原理样机，极限元素分析表明实际的能量回收效率比实际情况小很多，是因为特定元件的高磁渗透材料的运用。Golder 等人[11]发明了一种高效率的直线电机式减振器，但是其本身的质量超过了70kg(154lbs)，因此不适用于乘用车。

2) 旋转电机式馈能悬架

旋转电机式馈能悬架即通过相应的机构将悬架系统的直线运动转换为发电机的旋转运动，根据转换方式的不同，又可以分为机械传动式和液压传动式。

A． 机械传动式馈能悬架