主动悬架用直线作动器结构设计及性能分析

针对现有主动悬架作动器存在能耗大、功率密度低等不足,设计了一款电磁力大而波动小的永磁直线作动器。运用基于圆柱坐标标量磁位的分离变量法对作动器气隙径向磁场进行解析,验证了所建的有限元模型。研究作动器电磁力及其波动特性,并用波动比评价其波动特性。结果显示:电磁力与输入电压和运行速度有密切关系;电磁力的波动随电磁力上升而增大,但波动比降低并逐渐稳定于6.8%左右。通过作动器电磁力计算并和被动减振器阻尼力测试值进行对比,表明所设计的的电磁作动器能够满足悬架对阻尼力的要求。     

车辆主动悬架用电磁作动器温度场的有限元仿真分析

利用异步感应电机工作原理,设计了一种新型车辆主动悬架用电磁直线作动器。建立了该作动器的有限元仿真模型,并对其电磁力和温度场进行了有限元仿真分析,得出作动器内部的温度场分布规律:作动器在产生大电磁力的同时,内部温度上升明显,初级绕组处的温升最快,初级铁芯越接近次级温升越快。对加工后的电磁作动器样机模型进行了堵转情况下的电磁力和温度试验测试,所得结果与仿真结果基本一致。     

基于振动状态估计的电动静液压主动悬架切换控制研究

为减少电动静液压(EHA)主动悬架作动器失效对车辆动态特性的影响,设计了一种基于振动状态估计的EHA主动悬架切换控制策略。建立EHA作动器失效模型,基于卡尔曼滤波算法,以悬架系统状态变量残差与簧载质量加速度作为复合切换条件,设计了一种EHA主动悬架切换控制策略,并进行了仿真和台架试验。结果表明,该切换控制策略在作动器失效后能够进行模式切换,可消除切换紊乱现象,并在短暂时滞后,使EHA主动悬架性能恢复至与正常悬架相近的水平,改善了作动器失效造成的车辆动态特性恶化问题。     

汽车主动悬架作动器故障诊断与控制补偿方法

在建立二自由度1/4车辆主、被动悬架模型和LQG控制器的基础上,设计了卡尔曼滤波器实现对悬架状态的估计。针对汽车主动悬架作动器增益故障,设计卡尔曼滤波器获得状态残差,实现对故障的在线诊断,得到悬架故障增益。对LQG控制率进行实时控制力补偿,实现主动悬架作动器的容错控制,并利用MATLAB/Simulink进行了仿真。结果表明,设计的状态估计器能及时发现故障,并进行控制力补偿,使故障悬架快速恢复原有性能,提高主动悬架的可靠性。     

直线电机式主动悬架协调车身姿态控制研究

将直线电机作为汽车主动悬架的作动器,能实现悬架的主动减振。建立整车主动悬架的动力学模型和直线电机的数学模型,输入三相交流电,测试直线电机的电磁力,仿真与试验的结果较为一致,验证了电机数学模型的正确性。基于整车姿态协调控制原理,结合模糊控制理论和电流滞环控制策略,研究了包含直线电机作动器的车辆主动悬架的动态响应。结果表明,该控制策略可行,且控制系统能有效改善车辆舒适性和行驶安全性,车身姿态也得到有效控制。     

电磁主动悬架的设计及仿真研究

基于电磁学原理,利用电磁铁作为主动悬架的作动器,构造出电磁作动器的一般结构。在1/4汽车悬架的基础上,建立了电磁主动悬架的非线性模型,并应用现代控制理论设计了该模型的次优控制器,对该模型进行分析、仿真。模拟结果表明,电磁悬架能够实现一般主动悬架的功能,满足车辆平顺性的要求,可以适用于汽车的悬架系统。     

An Investigation into Vehicle Active Suspension with Electromagnetic Actuator

应用电磁感应的基本原理,设计了一种响应快、出力大和动行程长的车辆主动悬架用作动器.建立了该作动器的集总元件的动力学模型并进行仿真;同时对制作的样机进行了斜坡电压输入和方波电压输入的电磁力测试,测试与仿真结果很好吻合,验证了模型的准确性.最后,结合最优控制理论和矢量控制方法,对包含作动器动力学模型的车辆主动悬架系统进行了正弦路面激励下的仿真分析,结果表明,与被动悬架系统相比,主动悬架系统能明显提高车辆的平顺性.     

乘用车悬架系统多轴向加载耐久性试验台的研究

通过设计多轴向加载试验台架,利用分立式线性作动器,以模拟实现悬架系统所受的垂直力、侧向力、纵向力和制动力载荷为例,组合搭建8通道试验系统对悬架系统进行模拟迭代和耐久性试验。结果表明,所设计的多轴向加载试验台刚度满足试验要求;该试验台为多功能试验台,不仅能对悬架系统进行8通道耐久试验,还可以对悬架系统进行通道组合式的协调加载和单向加载试验;该试验系统的模拟迭代精度和试验结果满足相关要求,拓宽了分立式线性作动器的使用功能。     

汽车馈能式电动主动悬架控制器设计与试验研究

针对直流无刷电机结合滚珠丝杠结构作为电机作动器的汽车馈能式主动悬架,设计了其电机作动器的电子控制系统。该控制系统的硬件部分由DSP控制器、驱动及功率模块和DC-DC电源供应模块3个模块构成;软件部分采用了基于μC/OS-Ⅱ实时多任务操作系统的控制算法。分别对所研制的电动主动悬架与原配液压被动悬架进行整车试验,研究了电动主动悬架的随动特性及馈能可行性。     

作动器惯性质量对主动悬架幅频特性的影响

设计了一种用于车辆主动悬架的齿轮齿条式作动器,并探究作动器惯性质量对主动悬架幅频特性的影响。首先给出了惯性质量的计算方法,分析了惯性质量对悬架系统固有频率的影响,接着,进一步对比了被动悬架、引入惯性质量、施加天棚控制和施加加速度阻尼控制4种情况下悬架3个评价指标的传递特性。最后通过台架试验进行了验证。结果表明:惯性质量的引入降低了车体和车轮固有频率,改善了中低频区域的振动,但加剧了高频区的振动;天棚主动控制只能改善中低频区域的振动抑制效果,但导致高频区振动的恶化;而加速度阻尼控制能减小惯性质量对中高频区域振动的恶化,相对较好地提高中高频区域的振动抑制效果。因此,作动器含有惯性质量的主动悬架系统应选择中高频控制效果较好的加速度阻尼控制算法。     

基于直驱阀的快速响应线控制动系统液压力精确控制

为突破响应时间与控制精度的性能瓶颈，提出一种基于直驱阀的快速响应线控制动系统，通过基于Halbach永磁阵列的电磁直线执行器直接驱动阀芯，实现制动轮缸液压力的迅速调节。建立线控制动系统电磁、机械和液压子系统模型，设计基于逻辑门限的线控制动系统液压力-直驱阀位置切换控制架构。压力环采用滑模变结构控制，使轮缸液压力迅速逼近目标液压力值；设计结合摩擦补偿自适应控制律、稳定反馈和鲁棒控制的自适应鲁棒控制方法的直驱阀位置环，使直驱阀芯能够迅速通过阀死区；基于李雅普诺夫函数方法证明算法的稳定性。以线控制动系统的响应时间、控制精度等性能参数作为目标函数，通过相关矩阵分析控制参数对性能的影响规律，并通过多目标粒子群算法优化控制器参数。研究结果表明：提出的切换控制方法与PID控制和滑模控制相比，目标压力10 MPa的阶跃响应时间为0.05 s，稳态误差不超过2％；ARTEMIS欧洲循环工况下的均方根误差为0.33 MPa；设计的直驱阀结构与控制方法有利于提高制动系统的响应速度和控制精度。     

馈能式电动悬架的原理与试验研究

提出了一种新型的馈能式电动悬架,并对原理样机进行了试验研究.首先,对馈能式电动悬架的工作原理及结构方案进行描述;其次,根据某具体车型的后悬架系统参数,设计电机作动器样机并进行特性试验;最后,通过整车台架试验检验所设计的悬架系统在随动状态下的馈能特性和悬架特性.试验表明,低频大振幅工况时,随动状态下的电动悬架可在基本保证车辆性能的同时回馈部分电能.     

Active controller design for an electromagnetic energy-regenerative suspension

In this paper, with the parameters acquired from measured and tested data, a three-phase mathematical model is applied to the motor component of the developed electromagnetic suspension actuator. A main/inner-loop structure is used for its active control, and the constraints of the control current and energy flow states of actuator are analyzed by simplifying the inner-loop control system. Two different control modes, i.e., Consumptive Full Active (CFA) and Regenerative Semi Active (RSA) modes, which emphasize vibration control of sprung mass and vibration energy regeneration caused by road roughness, respectively, are proposed. Simulations are carried out using different road conditions, and the results demonstrate that the CFA mode can improve vehicle ride comfort by more than 30 percent, despite battery energy consumption; in RSA mode, the ride comfort can be improved by up to 10 percent with the battery charged by regenerated energy.     

变速器静态换挡负载测试平台的构建与试验分析

精确的换挡负载是机械式自动变速器(AMT)执行机构选型的重要依据。本文中构建了一种结构简单、成本低廉的测试变速器选、换挡力的试验台,并对关键部件进行选型。为永磁同步执行电机提出一种转速控制算法,以实现精确的速度控制;在测试试验台上对不同挡位的换挡过程进行换挡力测试,并分析换挡速度对换挡负载的影响。结果显示试验台可有效准确地测试变速器的换挡负载,为手动挡变速器的设计与优化以及AMT执行器的选型提供指导意义。     

车用电磁耦合无级变速系统

探讨了一种具有两个机械端口和一个电气端口的电磁耦合无级变速系统，该系统不仅能实现无级变速功能，还具备车辆离合器，齿轮传动及启动电机等装置的功能。经对该变速系统的功率流模型的分析可知，基于无级变速系统的功率流数学模型的效率比常规级联式车用电传动系统高。能量分配优化方法在Matlab／Simulink仿真平台上应用于整车仿真，仿真结果表明这种无级变速系统的可行性。     

不同驱动系统下纯电动汽车关键性能对比研究

为比较纯电动汽车不同驱动系统的关键性能,基于同一整车参数和某公司提供的可变绕组永磁同步电机试验数据,对纯电动汽车电机驱动系统开展了相关研究。基于精英保留遗传算法和动态规划理论,对单挡、两挡电控机械式自动变速器驱动系统的速比进行了设计优化。采用了精英保留遗传算法和动态规划理论对系统速比进行设计优化,并对可变绕组永磁同步电机绕组切换过程进行了动力性和经济性设计。仿真结果表明,在动力性上,两挡自动变速器驱动系统的加速性能最优;在经济性上,可变绕组永磁同步电机驱动系统的百公里能耗最小,单挡自动变速器驱动系统的动力性和经济性表现最不理想。     

Actively controlled vehicle suspension with energy regeneration capabilities

The paper presents an innovative dual purpose automotive suspension topology, combining for the first time the active damping qualities with mechanical vibrations power regeneration capabilities. The new configuration consists of a linear generator as an actuator, a power processing stage based on a gyrator operating under sliding mode control and dynamics controllers. The researched design is simple and energetically efficient, enables an accurate force–velocity suspension characteristic control as well as energy regeneration control, with no practical implementation constraints imposed over the theoretical design. Active damping is based on Skyhook suspension control scheme, which enables overcoming the passive damping tradeoff between high- and low-frequency performance, improving both body isolation and the tire's road grip. The system-level design includes configuration of three system operation modes: passive, semi–active or fully active damping, all using the same electro-mechanical infrastructure, and each focusing on different objective: dynamics improvement or power regeneration. Conclusively, the innovative hybrid suspension is theoretically researched, practically designed and analysed, and proven to be feasible as well as profitable in the aspects of power regeneration, vehicle dynamics improvement and human health risks reduction.     

电磁馈能式悬架方案设计与节能分析

电磁馈能式悬架是一种能够回收汽车垂直振动能量的新型悬架系统.阐述了电磁馈能式悬架的工作原理、结构及设计方案,并建市了电磁馈能式悬架模型.运用CARSIM及MATLAB/SIMULINK等仿真软件,分析了电磁馈能式悬架的节能情况.结果表明,电磁馈能式悬架能够在一定程度上回收振动能量.经分析可知,结构阻尼、馈能元件阻尼器及充电电路性能是影响馈能元件能量回收效率的主要因素.