基于电磁执行器的智能悬架能量回收研究

论文摘要

主动悬架的作用简单地说就是缓和减振和主动减振,因此,对主动悬架的研究主要集中于主动减振方面。传统车辆悬架系统包括弹性元件和阻尼元件。其中阻尼元件以粘性摩擦的形式将振动能量转变成热能,最终将这部分热能散发到大气中。如果能够将这些能量加以回收利用,则可以降低汽车能耗,从而实现节约能源的目的。但是,普遍存在的问题是大多数的学者在研究智能悬架能量回收的时忽略了主动控制的影响。另外,传统的智能悬架的研究大多是基于理想执行器的基础之上,而忽略了执行器的特性。本文将三相感应异步直线电机作为执行器应用于汽车悬架系统,从而形成了智能悬架系统。智能悬架采用混合式悬架结构,通过能量分析,发现减振器的阻尼系数对悬架的减振性能及能量回收有较大的影响。当阻尼系数选择恰当时,不仅平顺性性能能够提高,而且智能悬架系统的回收能量将大于悬架系统的耗能,此时可以实现智能悬架系统的能量自给自足,而不需要消耗多余的车载电源能量。借鉴旋转电机的数学模型,考虑直线电机的边端效应,建立电磁执行器的数学模型,根据该数学模型利用Matlab/Simulink建立仿真模型。设计直线电机的减震器台架试验,通过试验验证直线电机数学模型的正确性。设计智能悬架的控制系统,该控制系统包括最优控制器、电磁力控制器、能量管理控制器。最优控制器采用最优控制方法,电磁力控制器采用直接推力控制方法,电磁力控制器根据最优控制器计算的最优控制力控制电磁执行器跟踪该最优控制力。通过建立的仿真模型进行仿真分析,仿真结果说明本文设计的控制策略是可行的,达到了提高平顺性和能量回收的效果;同时,汽车行驶的车速对执行器发电的能量及能量回收效率具有一定影响,选用的SUV车型采用混合式主动悬架结构,并且在该控制系统的作用下时,以70km/h的车速行驶时能量回收的效率最高。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文研究内容与方法
• 2 基于电磁执行器的智能悬架总体方案
• 2.1 智能悬架的结构及工作原理
• 2.1.1 智能悬架的结构
• 2.1.2 智能悬架的工作原理
• 2.1.3 智能悬架的建模
• 2.2 智能悬架的节能原理
• 2.3 理想主动悬架的性能分析
• 2.3.1 理想执行器的智能悬架的控制策略
• 2.3.2 仿真分析
• 2.4 本章小结
• 3 直线电机电磁执行器
• 3.1 直线电机执行器
• 3.1.1 直线电机执行器的工作原理
• 3.1.2 直线电机执行器的结构
• 3.1.3 直线电机的运行状态
• 3.2 电磁执行器的能量回收原理
• 3.3 电磁执行器的数学模型的建立
• 3.3.1 直线电机坐标变换
• 3.3.2 电磁执行器的等效电路
• 3.3.3 电磁执行器的数学模型
• 3.3.4 电磁执行器数学模型的试验验证
• 3.4 本章小结
• 4 智能悬架的控制系统设计
• 4.1 智能悬架系统
• 4.2 IGBT 模块
• 4.2.1 IGBT 简介
• 4.2.2 IGBT 的数学模型
• 4.3 控制系统
• 4.4 直接推力控制器设计
• 4.4.1 直接推力控制原理概述
• 4.4.2 定子磁链扇区
• 4.4.3 滞环调节器
• 4.4.4 速度PI 调节器
• 4.4.5 电压空间矢量
• 4.4.6 电压空间矢量选择策略
• 4.5 能量管理控制器设计
• 4.5.1 充/放电电路
• 4.5.2 车载电源
• 4.5.3 能量管理控制器
• 4.6 本章小结
• 5 仿真研究及分析
• 5.1 引言
• 5.2 仿真模型的建立
• 5.3 仿真与分析
• 5.3.1 减振效果的仿真与分析
• 5.3.2 能量回收的仿真与分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录