0 前言
目前汽车行业的发展重心为新能源电动汽车，在众多种
类的电动汽车中，轮毂电机这种驱动形式渐渐走入众多学者
和企业的眼中，受到各个国家的高度重视[1]，与其他形式驱
动的电动车相比，轮毂电机直接驱动的电动汽车具备更好的
空间利用率、NVH、安全性以及更简化的底盘结构。
但不可忽视的是，由于轮内电机的引入，将增加汽车的
簧下质量，使车辆的垂向性能发生了很大变化，恶化车辆行
驶的平顺性和操纵性。文献[2]通过建立汽车二自由度垂向
振动模型，在其他因素保持不变的情况下只改变非簧载质量，
并对比分析不同簧载质量下汽车平顺性评价指标的变化，分
析簧载质量对汽车平顺性的影响大小。文献[3]和[4]分析了
轮毂电机驱动形式与集中电机驱动形式的不同之处，并得出
了二者非簧载质量不同是造成平顺性恶化的根本原因。
随着此种驱动类型技术难题的不断攻关，轮毂电机电动
汽车拥有巨大的市场前景。为了提高轮毂电机驱动汽车的平
顺性及操纵性，对其悬架系统的研究有十分重要的意义[5]。
1 轮内减震系统设计研究
1.1 轮毂电机驱动系统的研究
图1 轮毂电机驱动汽车电动轮结构
此种驱动形式最早由美国人发明，在1950年代，罗伯特发明了一种电机、传动系统、制动系统一体的轮毂装置。目前来说，此种驱动系统共分为两类，第一类为装备内定子外转子类型电机的电动轮系统，第二类为装备内转子外定子类型电机的电动轮系统，但是此系统需要为电机适配一个减速机构。我国对轮毂电机驱动系统的研究起步较晚，但也取
得了一定成果，如我校自主研发的轮毂电机驱动汽车采用内
定子，外转子型电机，并且可以实现四轮独立控制，其轮内
结构如图1所示。
1.2 轮内减震系统设计研究
虽然由轮毂电机驱动的电动汽车已经研发多年，并成功
造出了实车，但为了使轮毂电机能够完美的安装在电动汽车
上，消除由于簧下质量增加产生的垂向负效应，国内外学者
以及各大企业进行了很多研究。
为了应对轮毂电机驱动系统垂向性能变差的问题，目前
主要有三种解决思路：第一种是轻量化设计；第二种思路是
对轮毂电机安装方式进行改进研究；第三种是对改进原车的
悬架系统，如重新匹配减震器参数等。对于轮内减震系统的
设计，比较著名的为米其林的“主动车轮”，其为轮毂电机
在轮内设置了一套主动减震装置，可以减弱转弯时的颠簸以
及侧倾，对汽车的平顺性和操纵性也有一定程度的优化，但
是其轮内结构过于复杂，无法量产。
考虑到减震效果以及结构实现难度，本文提出可以在轮内设置一套橡胶衬套，其安装位置为电机与车轮结构的连接
处，利用橡胶衬套本身具有的刚度和阻尼，使电机在轮内处于被隔离状态。在路面激励的输入下，振动的传递路线为：轮胎、轮辋、橡胶衬套、电机。此种设计对于车辆平顺性和操纵性的优化效果虽不如米其林“主动车轮”好，但是胜在结构简单，易于维修保养，且由于橡胶质量很小，没有进一步增加汽车的簧下质量，同时又可以同时对车辆的车身加速度，轮胎动载荷，悬架动行程起到一定的优化作用。
2 半主动悬架控制策略的研究
考虑到轮内减震系统对于车身加速度、轮胎动载荷、悬架动行程的优化效果有限，提出将原车的减震器替换为半主动减震器，二者共同构成轮毂电机驱动汽车悬架系统，其中对于平顺性和操纵性优化效果影响最大的为半主动减震器的控制策略。
目前现存的控制策略可分为经典控制策略、现代控制策略以及智能控制策略三种。其中典型的经典控制策略为天棚阻尼控制，其原理是模拟在虚拟空间与车身之间安装一个阻
（下转第78页）
作者简介：任洪卓（1997-），男，辽宁锦州人，硕士研究生，研究方向：汽车系统动力学及控制。通讯作者：陈双（1979-），女，辽宁锦州人，博士，副教授，研究方向：汽车系统动力学及控制。
轮毂电机电动汽车悬架系统优化研究
任洪卓，陈 双*，张宇涵
（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121000）
摘 要：由轮毂电机驱动的电动汽车，其簧下质量较集中电机驱动的电动汽车有所增加，从而导致车辆行驶的平顺性和操纵性有所恶化。针对此类问题，以自主研发的轮毂电机驱动汽车为基础，提出对原车的悬架进行重新的设计优化，此方案共分为两部分，一为在轮内加装橡胶衬套，使电机处于被隔离状态，二为将原车的减震器替换为半主动减震器，此套悬架系统对整车的平顺性和操纵性有一定程度上的改善。关键词：轮毂电机；悬架系统；平顺性；操纵性
险，确保必要的安全保障活动被执行，且避免不必要的活动。
5.2 需求阶段
关注系统需求规范的完整性，需求的可追踪性和相对于设计的可验证性。需求阶段包括的文件主要有系统需求规范、软件需求规范、软件需求测试规范、硬件需求规范和对应的测试规范。系统需求清楚且全面地定义屏蔽门系统的功能需求，性能需求，质量需求，RAMS需求，接口需求以及环境需求，并为设计测试，验证和确认人员在系统设计和评估过程中提供可追溯的源头，系统需求测试规范描述了屏蔽门系统的功能测试、性能测试、质量测试、RAMS测试、接口测试和环境测试的测试方法、过程，目的是规范系统的最终测试方法、设备、过程等。
5.3 设计阶段
设计阶段包括系统架构设计、软件架构设计、软件模块设计、硬件架构设计、硬件电路设计和对应的测试规范。设计阶段是最重要的阶段，系统的功能性能如何的实现，由哪些子系统完成，全部体现在架构图上，包括内部子系统之间的接口（PSC与DCU、PSC与PSL等）和与外部系统的接口（PG 与SIG、PG与ISCS等）。
5.4 测试确认阶段
所有测试规范需要最终试验和测试，对屏蔽门系统进行验证和确认，对于失败的试验，需要更改测试规范。对于不能覆盖的测试，需重新制定测试规范。测试包括软件模块测试、硬件集成测试、软件集成测试、系统集成测试、系统需求测试。测试能在工厂进行的则在场内完成，如需到现场测试的，需要到现场测试调试，与其它供应商接口的，需要和其它供应商协调完成，直至全部满足通过。验证和确认了需求的正确性、完整性和一致性。
6 审查和评估结论
在适当阶段，第三方将进行质量与安全管理现场审计，审核质量与安全活动的流程及如何确保其正确实施。如审核的内容主要有：质量安全管理体系的正确应用；项目团队组织、角和职责；质量管理活
动，如子供应商管理、内部审计、人员能力管理、配置与变更管理、系统需求管理、生命周期及安全管理活动、危害日志管理、SIL 分配、安全需求识别与追踪、安全论证的方法、测试和 V&V 的策略及方法。在审核过程中有发现的不符合项，第三方在审核报告中提出，提交整改措施和证据给第三方审核进行验证关闭。
7 结束语
如果屏蔽门系统计划与实施的设计、质量、安全、验证与确认的整个活动， 符合 CENELEC 标准 EN50126:2017, EN50128:2011和 EN50129:2003 的要求，第三方出具证书和报告说明屏蔽门系统满足安全完整性等级2级，能授予安全运营权。
参考文献：
[1]BS EN 50126-2017铁路适用-可靠性可用性可维护性和安全性的标准与规范[S].
[2]BS EN 50128-2011铁路应用——通信、信号和处理系统——铁路控制和防护系统软件[S].
[3]BS EN 50129-2003铁路应用-通信、信号、处理系统-信号安全相关电子系统[S].
（上接第94页）
尼器来控制簧载质量的振动，当振动频率小于一阶共振峰后不动点处的频率时，此种控制策略对于车身加速度有很好的优化效果。现代控制策略有线性二次型最优控制、自适应控制等。智能控制策略以模糊控制为代表，它利用人类的经验来建立控制规则，根据信号来决定输出。为了能够将不同控制策略的优势发挥到最大，同时避免其先天劣势造成的不良影响，目前主流的发展方向是将不同的控制策略相结合，以达到互补的效果。因此复合控制策略被广大学者认为是汽车悬架未来的主要发展方向。
综合考虑，本文采用频分控制法对半主动减震器进行控制，其主要思想为根据车身震动频率，切换合适的控制策略进行相应的控制，频率选择器的切换频率为车身加速度幅频特性曲线中一阶共振峰后不动点处的频率。由于天棚阻尼控制算法对于低阶频率振动有很好的抑制效果，ADD控制算法在整个频段都能很好的抑制车身振动。因此，本文所提出的频分控制法具体操作为当悬架振动频率小于等于不动点处频率时根据天棚阻尼控制算法设计控制器；当悬架振动频率大于不动点处的频率时根据ADD控制算法设计控制器，频分控制策略对车辆的平顺性和操纵性有很大程度上的优化效果。
3 结论
本文以自主研发的轮毂电机驱动汽车为基础，以优化车辆的平顺性和操纵性为目标，提出设计一套由两部分组成的悬架系统，第一部分为以橡胶衬套为基础的轮内减震机构，第二部分为由频分控制法控制的半主动减震器。此套悬架系统的提出，对轮毂电机驱动汽车的平顺性和操纵性有一定程度上的优化，对轮毂电机驱动汽车减震系统的发展也有一定意义。
参考文献：
[1]Andres Eduardo Rojas Rojas,Haymo Niederkofler, Johann Willberger.Comfort and Safety Enhancement of Passenger Vehicles With In-Wheel Motors[C].SAE 2010 World Congress.2010:11273-11295.
[2]D.Hroat.Influence of unsprung weight on vehicle ride quality[J].Journal of Sound and Vibration, 1988(3):497-516.
[3]张中南.轮毂电机式电动汽车行驶平顺性与安全性研究
[D].南京：南京林业大学,2014.
电动车电机[4]汪志强.轮毂电机对车辆操纵稳定性和平顺性的影响研究[D].长春：吉林大学,2014.
[5]马英.电动车轮构型分析与结构研究[D].重庆大学,2013.
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