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机械工程学报 2011年第14期47卷 121-128页

作者：邓兆祥来飞重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 重庆车辆检测研究院有限公司重庆401122

针对车辆主动悬架的使用要求,设计出一种具有行程大、推力大及响应快速特点的新型电磁直线作动器。结合有限元仿真软件,研究作动器的结构参数如气隙厚度、次级不锈钢管厚度、次级铜层厚度、绝缘挡圈导磁和导电性能及初级线圈的绕线方式... 详细信息

针对车辆主动悬架的使用要求,设计出一种具有行程大、推力大及响应快速特点的新型电磁直线作动器。结合有限元仿真软件,研究作动器的结构参数如气隙厚度、次级不锈钢管厚度、次级铜层厚度、绝缘挡圈导磁和导电性能及初级线圈的绕线方式等的变化对作动器电磁力大小和响应速度的影响规律,以及电源参数如电源电压、电源频率及电源加载方式的变化对作动器电磁力大小和响应速度的影响规律,结果表明,电磁力除与绝缘挡圈的导电性能无关外,而与气隙厚度等众多结构参数密切相关,电磁力与电源电压的平方成正比例关系,且随电源频率的增大而先增大后减小,在20 Hz左右存在电磁力响应峰值。在此基础上选取合理的参数,试制一款电磁直线作动器样机,并对样机模型进行稳态电磁力和相电流的相关试验测试,通过与有限元仿真结果比较,表明仿真分析结果和试验测试数据基本吻合,验证了有关设计分析的正确性。

关键词：车辆主动悬架电磁直线作动器有限元分析

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基于电磁直线作动器的智能悬架自适应控制策略研究

基于电磁直线作动器的智能悬架自适应控制策略研究

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作者：林聪南京理工大学

学位级别：硕士

主动悬架通过作动器对悬架系统进行实时主动控制,相较于被动和半主动悬架可以更有效地改善车辆动态性能。智能汽车环境感知技术的飞速发展,为智能悬架适应不同路面工况,进一步改善车辆综合动态性能提供了契机。本文以集成式电磁直线作... 详细信息

主动悬架通过作动器对悬架系统进行实时主动控制,相较于被动和半主动悬架可以更有效地改善车辆动态性能。智能汽车环境感知技术的飞速发展,为智能悬架适应不同路面工况,进一步改善车辆综合动态性能提供了契机。本文以集成式电磁直线作动器的智能悬架作为研究对象,利用路面识别技术获取路面等级信息,进而对悬架系统开展不同路面等级、不同车速范围下的自适应控制策略研究。首先,基于某SUV车型前悬架的具体参数,建立1/4车辆悬架系统动力学模型及路面输入模型,为路面识别技术以及在此基础上的智能悬架自适应控制策略研究打下基础。通过对电磁直线作动器的结构及工作原理的详细介绍,并对作动器样机进行台架测试得到电磁推力与输入电流间的关系,建立了电磁直线作动器的数学模型。然后,基于车辆动态响应进行路面识别技术的研究。提出了基于NARX神经网络识别路面不平度的方法,采集1/4车辆悬架系统的悬架动挠度、车身质心加速度以及车轮振动加速度响应信号,作为NARX神经网络的输入数据,将对应的路面不平度作为输出数据,在MATLAB软件中编写相应的程序,实现对不同等级路面不平度的有效识别。随后,提出了基于实际天棚算法的智能悬架控制策略,通过建立MATLAB与ADAMS的联合仿真模型,确定了不同路面等级、不同车速范围下最优天棚阻尼系数。结合路面识别技术,利用Simulink/Stateflow进行了多阻尼模式切换控制系统的设计,并通过随机路面工况验证了多阻尼模式系统的有效切换及实际天棚算法对智能悬架的有效控制,实现了路面信息与悬架控制有效结合。最后,基于d SPACE进行了1/4车辆悬架系统硬件在环仿真试验,验证了本文提出的实际天棚阻尼控制算法对改善车辆综合动力学性能的有效性。

关键词：电磁直线作动器智能悬架路面识别天棚阻尼控制硬件在环仿真试验

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基于电磁直线作动器的主动悬架馈能与减振特性研究

基于电磁直线作动器的主动悬架馈能与减振特性研究

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作者：王凯南京理工大学

学位级别：硕士

车辆行驶时,传统的被动悬架将振动能量转化为热能。随着电子技术、作动器、微处理器等的发展,使得能量回收成为了可能性,如现已较为成熟的制动能量回收技术。采用电磁直线作动器的馈能悬架为振动能量的回收提供了契机。首先,针对悬架振... 详细信息

车辆行驶时,传统的被动悬架将振动能量转化为热能。随着电子技术、作动器、微处理器等的发展,使得能量回收成为了可能性,如现已较为成熟的制动能量回收技术。采用电磁直线作动器的馈能悬架为振动能量的回收提供了契机。首先,针对悬架振动回收能量潜力,本文基于某大学生方程式赛车建立的整车ADAMS模型及随机路面模型,考虑不同工况和速度下的悬架振动能量耗散强度及主要影响因子,仿真结果表明,C级随机道路上相当具有回收价值。其次,针对赛车对阻尼器力及速度的要求,设计了一款电磁式直线作动器,并分别建立其馈能模式下和主动模式下的系统方程和模型;馈能模式下实现ADAMS整车模型和MATLAB电磁直线作动器模型的联合仿真,分析了随动状态下电磁直线作动器的发电特性;主动模式下实现ADAMS整车模型和MATLAB模糊PID控制算法模型的联合仿真,分析主动控制状态下,主动悬架的减振特性,表明主动悬架可以改善车辆的平顺性。最后,基于电动赛车的1/4车辆悬架模型建立了装有电磁直线作动器的主动悬架试验台架,以现有电动激振台对机械台架进行激励,通过试验表明电磁直线作动器在馈能模式下是可以发电并同时提供阻尼力进行减振。

关键词：馈能式主动悬架电磁直线作动器能量回收模糊PID 联合仿真

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基于电磁直线作动器主动悬架馈能与供能装置控制研究

基于电磁直线作动器主动悬架馈能与供能装置控制研究

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作者：张肖肖南京理工大学

学位级别：硕士

悬架系统作为车辆的重要组成部分之一,对悬架系统的主动控制可以有效地提高悬架的性能,改善整车平顺性,但需要消耗能量。随着电磁直线作动器技术的发展,将电磁直线作动器代替传统的阻尼器应用于悬架系统,可以有效地解决主动控制和能量... 详细信息

悬架系统作为车辆的重要组成部分之一,对悬架系统的主动控制可以有效地提高悬架的性能,改善整车平顺性,但需要消耗能量。随着电磁直线作动器技术的发展,将电磁直线作动器代替传统的阻尼器应用于悬架系统,可以有效地解决主动控制和能量消耗的矛盾。首先,本文针对某一车辆悬架参数要求所设计的电磁直线作动器的电磁力特性和馈能特性进行研究,得到其比推力系数为89N/A,最大输出电压为105V。根据这一结果设计了以H桥整流器、DC-DC功率变换器以及复合电源储能器三个模块组成的馈能电路和以全桥逆变器、供能电源组成的供能电路。接着,根据馈能电路的拓扑结构和作动器模型设计了 FuzzyPID控制器,并在Simulink中建立馈能系统模型。以动子速度作为输入激励进行仿真分析,结果表明本文设计的馈能装置及其控制系统能够有效地实现能量的回收。为了验证仿真的结果,本文设计了馈能装置试验台架,进行具体试验。通过仿真结果和实验结果的对比,进一步验证了馈能系统的正确性和有效性。最后,根据供能电路的拓扑结构和1/4主动悬架模型设计了分层控制系统,利用Simulink建立供能系统模型,以C级路面60km/h作为输入激励进行仿真分析,结果表明车身加速度、悬架动行程以及轮胎动位移均得到改善。设计1/4主动悬架试验台架,以激振台对主动悬架台架输入振动激励,得到在有主动控制时的簧上质量加速度和悬架动行程分别降低了 25%和20%,从原理上验证了电磁主动悬架的减振特性。

关键词：电磁直线作动器主动悬架馈能装置供能装置控制方法

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基于电磁直线作动器的某SUV主动悬架技术研究

基于电磁直线作动器的某SUV主动悬架技术研究

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作者：张建强南京理工大学

学位级别：硕士

传统被动悬架难以同时兼顾平顺性和操纵稳定性,而主动悬架则能根据车辆的行驶状态和路面情况提供适时的主动力,使车辆的行驶平顺性和操纵稳定性同时达到较好的水平。因此,本文基于自行研制的电磁直线作动器进行了的主动悬架技术的研究... 详细信息

传统被动悬架难以同时兼顾平顺性和操纵稳定性,而主动悬架则能根据车辆的行驶状态和路面情况提供适时的主动力,使车辆的行驶平顺性和操纵稳定性同时达到较好的水平。因此,本文基于自行研制的电磁直线作动器进行了的主动悬架技术的研究。首先,基于某SUV的具体参数值,建立了包含悬架、转向等子系统的整车动力学模型,并建立了路面的频域模型和时域模型。通过仿真分析,得出了电磁直线作动器的性能参数需求。然后,分析了电磁直线作动器在SUV悬架系统的安装尺寸,并结合其性能参数需求,得出了电磁直线作动器的具体设计目标。根据具体设计目标,对电磁直线作动器进行了设计,并建立了电磁直线作动器的数学模型和有限元模型,通过仿真分析得到了主要设计参数对电磁特性的影响,确定了电磁直线作动器的具体结构及参数。此外,进行了电磁直线作动器样机推力特性试验,得到了电磁推力和输入电流之间的关系。最后,提出了主动悬架模糊PID控制方法,并设计了模糊PID控制器,通过MATLAB与ADAMS联合仿真表明,相比于被动悬架,在C级路面的激励作用下,主动悬架的车身加速度、悬架动挠度和轮胎动位移分别降低了25.60%、26.41%和10.08%,提高了车辆的平顺性和操纵稳定性。通过1/4主动悬架试验,从原理上验证了控制方法的有效性。

关键词：主动悬架电磁直线作动器 ADAMS 模糊PID 联合仿真

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基于电磁直线作动器的主动悬架控制系统设计

基于电磁直线作动器的主动悬架控制系统设计

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作者：尹瑞南京理工大学

学位级别：硕士

悬架作为汽车底盘的重要组成部件,其性能直接关系到车辆的行驶平顺性。传统的被动悬架因阻尼和刚度固定,无法兼顾平顺性与操稳性;而主动悬架可根据路况对主动力进行适时的调控,使悬架减振性能达到最优。因此,本文提出一种基于电磁直线... 详细信息

悬架作为汽车底盘的重要组成部件,其性能直接关系到车辆的行驶平顺性。传统的被动悬架因阻尼和刚度固定,无法兼顾平顺性与操稳性;而主动悬架可根据路况对主动力进行适时的调控,使悬架减振性能达到最优。因此,本文提出一种基于电磁直线作动器的主动悬架,并对其控制系统的控制方案以及软硬件进行开发设计,这对现今主动悬架的研究具有很高的借鉴价值。针对所提出的基于电磁直线作动器的主动悬架,本文首先利用ADAMS创建1/4主动悬架机械模型,并在MATLAB/Simulink中完成作动器与路面输入的数学模型的建立,这为后续控制策略的联合仿真研究奠定基础。然后根据所设计的作动器输出推力与电流的线性关系,针对该主动悬架提出了一种分层控制方案,即上层采用模糊PID控制器根据车身垂直加速度计算出所需的理想主动力,下层作动器控制器采用矢量控制驱动作动器实现理想主动力的跟踪。接着在MATLAB/Simulink中完成该控制策略的建模,并结合1/4主动悬架机械模型,通过联合仿真的方式对该控制方案的可行性进行仿真研究。仿真结果表明:相比于被动悬架,采用此控制方案的主动悬架在车身垂直加速度、悬架动位移和轮胎动载荷这三个方面均有所降低,可有效改善车辆的平顺性。最后为了验证仿真结果的有效性,选用TMS320F28335 DSP作为控制芯片,对电磁直线作动器控制器的软硬件进行设计。以此为基础,结合d SPACE实时仿真系统对主动悬架控制系统进行硬件在环仿真试验研究。将仿真结果与试验结果进行对比,进一步验证了所设计的控制系统的有效性。

关键词：电磁直线作动器主动悬架控制系统联合仿真硬件在环仿真试验

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基于电磁直线作动器的主动悬架控制方法研究

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河北工业科技 2018年第2期35卷 109-116页

作者：张肖肖时岩南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了实现电磁直线作动器主动悬架中电磁阻力的有效跟踪输出,进一步提高悬架的性能,利用1/4主动悬架系统的动力学模型和作动器驱动电路模型,设计了LQG控制器和Fuzzy-PID控制器相结合的主动悬架分层控制系统。给出了电磁直线作动器主动悬... 详细信息

为了实现电磁直线作动器主动悬架中电磁阻力的有效跟踪输出,进一步提高悬架的性能,利用1/4主动悬架系统的动力学模型和作动器驱动电路模型,设计了LQG控制器和Fuzzy-PID控制器相结合的主动悬架分层控制系统。给出了电磁直线作动器主动悬架控制系统的设计方案,利用MATLAB/Simulink搭建模型进行仿真,并通过具体的台架试验验证。结果表明,主动悬架的减振性能得到了明显改善,其车身加速度和悬架动行程得到了大幅降低。研究结果对电磁悬架的主动控制方法研究具有一定的参考价值。

关键词：自动控制理论电磁直线作动器主动悬架控制方法减振特性

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电磁直线式主动悬架作动器参数的多目标粒子群优化

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振动与冲击 2021年第22期40卷 128-137页

作者：寇发荣张宏李阳康洪锋西安科技大学机械工程学院西安710054

该研究针对电磁直线式主动悬架作动器电磁波动力大、有效输出力低的问题,设计了一种多目标粒子群参数优化算法。建立了作动器有限元模型,通过径向磁通密度的理论计算和有限元仿真值作对比,验证了有限元模型的正确性。对作动器的槽口宽... 详细信息

该研究针对电磁直线式主动悬架作动器电磁波动力大、有效输出力低的问题,设计了一种多目标粒子群参数优化算法。建立了作动器有限元模型,通过径向磁通密度的理论计算和有限元仿真值作对比,验证了有限元模型的正确性。对作动器的槽口宽度、初级边端长度和极距长度进行参数敏感度分析和多目标粒子群优化,并对比分析了优化前后作动器的输出力、反电动势和波动力。最后试制了物理样机并开展了阻尼力特性试验和电磁力特性试验。仿真结果表明:当电磁作动器的结构参数通过优化后,有效电磁力、总谐波畸变量和电磁波动力均得到了改善。试验结果表明:阻尼力波动试验值与仿真值基本一致,平均电磁力试验值和仿真值随电压变化呈线性分布且误差较小。

关键词：主动悬架电磁直线作动器多目标粒子群优化台架试验

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基于电磁作动器的车辆主动悬架研究

基于电磁作动器的车辆主动悬架研究

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作者：来飞重庆大学

学位级别：博士

悬架系统是车辆底盘系统的重要组成之一,提高悬架系统的性能对于改善整车的平顺性和操纵稳定性具有十分重要的意义,传统的被动悬架系统由于难以兼顾平顺性和操稳性之间的内在矛盾,因此效果有限。对于半主动悬架而言,由于不能提供主动力... 详细信息

悬架系统是车辆底盘系统的重要组成之一,提高悬架系统的性能对于改善整车的平顺性和操纵稳定性具有十分重要的意义,传统的被动悬架系统由于难以兼顾平顺性和操稳性之间的内在矛盾,因此效果有限。对于半主动悬架而言,由于不能提供主动力,仅能消耗能量,因而在平顺性与操稳性方面远不及主动悬架系统。在车辆主动悬架系统的研究中,对于控制算法的研究成果已颇为丰富,而对于作为主动悬架系统的关键部件即作动器方面的研究还显得较为缺乏。基于此,本文围绕车辆主动悬架作动器这一关键环节展开研究,在全面回顾与分析国内外研究现状之基础上,提出了一种以电磁感应定律为理论基础,设计出一款车辆主动悬架用电磁作动器,并深入探讨了作动器电磁力的各种影响因素,与此同时,结合作动器仿真和试验数据,并针对车辆悬架系统这一特定载体,进行了较为全面而又深入的研究工作。提出了一种较为合理的圆筒型电磁直线作动器的结构设计,建立了该作动器的有限元分析模型,通过先进的电磁有限元仿真软件Ansoft和Flux的仿真对比分析,在验证有限元模型结果一致性的基础上,系统地探讨了作动器的结构参数如气隙厚度、铜层厚度及绕线方式等对作动器电磁力的影响规律,此外还分析了电源电压和频率及加载方式对电磁力的影响规律,最后还进行了作动器的温度场仿真分析,为电磁作动器的设计制作提供了基本的技术支持。对圆筒型电磁直线作动器进行了动力学数学模型的建立,并对加工后的作动器进行了电磁力的实验研究,采用三相自耦接触调压器和三相可控硅调压器进行了其稳态和瞬态电磁力的响应测试。此外还验证了作动器有限元模型和Matlab/Simulink动力学数学模型结果的一致性。设计了圆筒型电磁直线作动器的驱动电路,制作了驱动电路所需的死区产生单元,通过AutoBox DSPACE控制系统和IPM智能功率模块构建起主功率回路部分,搭建起简易的试验测试平台,对电磁直线作动器进行了常力测试、方波力测试和三角波力测试。通过试验测试,表明了所设计的驱动电路是切实可行的。建立起1/4车主动悬架系统的动力学数学模型,接着对包含电磁直线作动器动力学模型的悬架系统进行了外环最优控制和内环矢量控制的研究分析。在外环最优控制算法的研究中,选取了三种不同的权重系数,分别为“舒适型”、“一般型”和“操控型”,通过频域内的仿真分析进一步表明了悬架系统的折衷性。探讨了时滞对主动悬架系统性能的影响,发现:当系统时滞在20ms以内时,最优控制算法仍能较好地保持系统稳定。选取“一般型”主动悬架,展开了在时域内对三种不同正弦路面激励下的仿真分析研究。当不平路面激励为2Hz、振幅为0.05m时,车身垂直振动加速度可改善约66.7%,悬架动行程可改善25.4%,轮胎动载荷可改善62%;当不平路面激励为5Hz、振幅为0.03m时,车身垂直振动加速度可改善约62.7%,悬架动行程变差6.4%,轮胎动载荷可改善19.5%;当不平路面激励为10Hz、振幅为0.01m时,车身垂直振动加速度可改善约8.3%,悬架动行程变差180%,轮胎动载荷变差170.3%。

关键词：车辆主动悬架电磁直线作动器有限元仿真最优控制

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电磁主动悬架作动器结构及性能研究

电磁主动悬架作动器结构及性能研究

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作者：张宏西安科技大学

学位级别：硕士

我国汽车“三电”技术的发展成熟以及国家政策对新能源汽车的大力扶持,更加低碳化、智能化的新能源汽车成为目前汽车工业发展的主流方向。主动悬架系统的性能对汽车行驶品质有很大影响,它以作动器输出主动力的方式抑制车身振动,满足车... 详细信息

我国汽车“三电”技术的发展成熟以及国家政策对新能源汽车的大力扶持,更加低碳化、智能化的新能源汽车成为目前汽车工业发展的主流方向。主动悬架系统的性能对汽车行驶品质有很大影响,它以作动器输出主动力的方式抑制车身振动,满足车辆行驶平顺性和乘坐舒适性要求。本研究为降低电磁直线作动器输出电磁力波动,提升主动悬架系统稳定性,通过建立作动器数学模型,利用多目标粒子群算法优化作动器结构参数,并采用联合仿真平台对作动器的动态特性进行分析。考虑电磁主动悬架的空间布置以及电磁直线作动器安装位置,对电磁直线作动器进行结构设计,搭建1/4车辆悬架动力学模型并设计LQG理想控制策略,得到理想悬架性能作为作动器的设计目标并确定作动器结构参数,使用有限元软件Maxwell建立作动器仿真模型,根据样机实验验证有限元模型的可靠性;利用子域解析法建立作动器磁场数学模型并进一步推导感应电动势及输出电磁力的数学模型,根据有限元模型计算结果对数学模型可靠性进行验证;结合作动器数学模型及有限元模型分析作动器推力波动的主要成分,针对目前作动器存在的推力波动问题,对作动器的初级长度、气隙厚度、极弧系数进行参数敏感性分析,利用多目标粒子群算法优化作动器结构参数;为检验作动器在工作中的动态性能,在作动器结构优化的基础上,利用Simplorer和Maxwell建立作动器的场路耦合联合仿真模型,分析并检验作动器驱动系统在起动、加载、加速时的性能以及抗干扰能力。电磁直线作动器参数经多目标粒子群优化后,初级长度、气隙厚度和极弧系数优化为187.6mm、0.9mm和0.77。优化前作动器输出电磁力平均值为134.4N,优化后输出电磁力平均值为145.5N,相比优化前提升了 8.2%。优化前电磁力波动值为7.98N,优化后电磁力波动值为5.06N,相比优化前降低了 36.6%。优化前感应电动势幅值为7.735V,优化后感应电动势幅值为9.282V,相比优化前提升20%。优化前总谐波畸变率为6.4%,优化后总谐波畸变率为5.51%,相比优化前降低14%。经分析,作动器在优化后输出电磁力平均值和感应电动势幅值得到提升,电磁力波动值和总谐波畸变率得到抑制;分析作动器Maxwell-Simplorer联合仿真结果,该作动器基本能够满足悬架系统对于汽车减振性能的要求,本研究所设计的控制系统有较强的起动、加载、提速等动态响应能力以及抗干扰等能力。

关键词：电磁直线作动器有限元子域解析模型多目标粒子群优化联合仿真

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