1引言
1.1课题研究的背景与意义
汽车作为代步工具已经在全世界普及开来。随着汽车的发展，人们已经不再仅仅要求汽车的通过性与动力性，对于驾驶员来说，车辆的驾驶质感与舒适性逐渐成为重中之重。要做好车辆的舒适性，悬架是首要问题[1]，随着社会的发展，人们对车辆的乘坐舒适性和行驶安全性要求越来越高，其中主动悬架因其更为优越的性能成为了研究热点。悬架是汽车底盘总成中起减振作用的重要组成装置，其位置是置于车架与车轴之间，其作用是减缓衰弱由路面不平度引起的冲击和振动[2]，同时将作用在车轮和车身之间的各种力和力矩进行传递，是现代汽车中的重要组成部分。如今除了汽车动力性外，平顺性与舒适性逐渐成为人们关注的重点，被动悬架性能因其性能局限性已无法满足其需求，半主动悬架虽然可以改变自身阻尼，但其并不能输出主动控制力，平顺性能并不能达到最优[3]，而主动悬架所产生的作用力可以改变其方向与大小，所以相比被动悬架和半主动悬架拥有更好的隔振效果。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外现状
1995 年，美国纽约大学机电工程中心 Brown 等研究人员[13-15]成功开发了一种新型电控主动悬架系统(Electronically controlled active suspension system, ECASS)，并将其用在实车上进行了道路试验。这套电控主动悬架系统将搭载旋转电机的齿轮齿条机构与传统悬架结合后，将悬架振动的直线往复运动转化为回转运动。该主动悬架系统将加速度与位移传感器安装在车架与车身上后，通过控制器实时监控并采集悬架动扰度与车身加速度，并通过一定的控制算法对作动器理想输出力进行计算与优化，研究人员通过台架与实车道路试验验证了该主动悬架系统能够提高汽车平顺性[4]。
2004 年，Bose 公司成功开发了一款电磁式汽车主动悬架系统。该套系统通过结合直线电机工作原理，用一个直线电机电磁作动器（Linear Electromagnetic Motor）取代传统弹簧与减振器，通过电磁感应原理将主动输出力用于抵消路面道路冲击，同时将冲击所带来的能量进行回收。其原理是内部线圈在通电后，可使悬架总成根据簧载质量和非簧载质量的相对位置的不同而伸张或收缩[6]。
2014 年，德国采埃孚（ZF）公司与美国 Levant Power 公司展开合作，基于 ZF 公司自主开发的 CDC 主动悬架模块，结合新型馈能控制理论改良研发出了振动能量回收悬架系统[7-10]。该悬架系统不仅具有主动悬架提高汽车平顺性的优点，还能将该悬架切换为发电状态，将电量提供给整车使用。其结构原理为用液压马达取代 CDC 悬架模块中的电子阀门，并且将液压马达与微型发电机进行集成化设计，当悬架工作时，液压油将推动液压马达并带动微型发电机产生电能并进行回收。
最近，美国纽约大学左磊教授研制了一种新型齿轮齿条式馈能悬架[11]。该校人员同时对其控制理论进行了相应研究，并对其进行了试验研究，通过仿真分析了车辆平顺性和操稳性与悬架馈能特性之间的关系；仿真结果表明，当汽车以 40km/h 速度状态下在 C 级路面行驶时，该齿轮齿条式馈能悬架能量回收平均功率为 14.7W，台架试验结果表明：该馈能悬架系统对效衰减路面冲击有良好效果，从而提高了舒适性与平顺性，同时振动能量回收效率也有一定提高；并且左磊等人对所研制的齿轮齿条式馈能悬架进行了实车道路试验，当试验车辆以 25km/h 速度行驶在光滑的柏油路面上时，回收的振动能量超过了 16W，验证了该套系统的正确性。
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