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集成永磁直线发电机的汽车自供电磁流变减振器研究

王戡  
【摘要】:智能化和集成化是车辆底盘控制系统的发展趋势,磁流变半主动悬架系统以其优异的性能,极大改善了车辆行驶的平顺性和操纵稳定性。近年来,随着人们对能源需求的不断增加以及全球能源短缺问题的不断加剧,自供能技术已成为各国学者研究和关注的热点。如果能设计一种集供电与减振功能于一体的磁流变减振器,不仅能实现汽车振动能量的回收、节约能源,还能提高系统的可靠性,扩大其工程应用范围,其研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对某电动汽车磁流变半主动悬架系统的开发,设计集供电与减振功能于一体的磁流变减振器,基于能量流动原理,研究其自供电特性,通过理论与实验研究,探索自供电磁流变减振器创新设计理论与方法。论文主要研究内容如下: ①提出了自供电磁流变减振器设计方案,阐述了其工作原理。提出了基于准Halbach阵列永磁体的直线发电机结构设计方法,推导了发电机性能参数计算公式,建立了磁场分布半解析模型,通过电磁场有限元计算验证其有效性,设计了高效永磁直线发电机。 ②将高效永磁直线发电机集成在磁流变减振器中,设计了组合隔磁机构,有效降低了磁流变减振器线圈磁场与永磁体磁场的相互干扰,实现了自供电磁流变减振器的集成设计。有限元电磁场分析结果表明:组合隔磁机构能有效封闭磁场,降低了磁场间的相互干扰,提高了各部分磁场的工作效率。 ③分析了磁流变减振器能量流动路径,推导了能量流动公式,给出了磁流变减振器自供电准则。通过建立基于自供电磁流变减振器的1/4半主动悬架系统模型,设计基于广义回归神经网络的减振器控制器,研究了不同路面激励下磁流变减振器馈能与耗能关系,从而明确了自供电磁流变减振器的自供电工作范围。 ④研究了结构参数对自供电磁流变减振器减振特性和馈能特性的影响,通过建立多目标优化模型,研究带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),对自供电磁流变减振器的结构参数进行多目标优化。研究结果表明:多目标优化能赋予自供电磁流变减振器更加优异的综合性能。 ⑤加工自供电磁流变减振器样机,采用电液伺服振动试验台和多通道数字示波器,实验测试了自供电磁流变减振器的减振特性和馈能特性。实验验证了结构设计理论与方法的有效性。


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