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《重庆大学》 2010年
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基于电磁作动器的车辆主动悬架研究

来飞  
【摘要】: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%。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U463.33

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