电磁直线作动装置的参数优化研究(附件)
电磁直线作动装置是电磁直线馈能悬架实现馈能的关键部件。本文针对电磁直线作动装置如何实现优化的问题，进行了结构参数与材料的优化方案研究，通过有限元仿真软件Ansoft Maxwell的建模分析方法，对初始模型展开了优化研究，通过不同机械参数与材料的建模对比，最终得到能够使得输出力最大的优化模型，实现车辆主动悬架最优馈能方案，本文的研究对于汽车主动悬架的馈能具有重要的意义。关键词 电磁直线作动装置，机械材料优化，Ansoft Maxwell，有限元分析
目 录
1 绪论 1
1.1 本文研究背景及意义 1
1.2 电磁直线作动装置的发展概况 2
1.3 电磁直线做动装置的参数优化研究现状及存在问题 3
2 电磁直线作动装置的构成及工作机理 3
2.1 电磁直线作动装置的结构组成 3
2.2 电磁直线作动装置的工作机理 4
3 电磁直线作动装置参数优化方案设计 5
3.1 电磁直线执行器的初始参数分析 5
3.2 气隙大小优化 7
3.3 线圈参数优化 8
3.4 永磁体尺寸优化 9
4 电磁直线作动装置的材料优化分析 10
4.1 永磁体材料的优化 11
4.2 磁轭材料优化 12
4.3 线圈骨架材料优化 13
5 综合优化方案的提出和分析 14
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
1.1 本文研究背景及意义
由于能源问题越来越严重，国内汽车的燃油消耗量也在不断增长。国内汽车的燃油消耗量对比国内汽油生产总量为86%。有关试验记录显示，车辆所产生的能量仅仅10%16%的效率被使用，另外的其他部分转化为热量消散掉。而主要消耗的部件是：悬架系统和传动系统。悬架系统消耗至少占总消耗的17.2%，不仅导致能量的很大程度上的流失，此外还能引起有关部件的重大磨损[1]。
不仅如此，探讨研究馈能型悬架系统对汽车驾驶中的振动能量进行二次利用，具有跨时代的经济意义。车辆的主 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
要部件是悬架，悬架对车辆的性能非常重要。目前，几乎所有的老式车辆都是被动悬架。此外，悬架研究的重点包括半主动悬架、主动悬架和空气弹簧悬架[2]。半主动悬架通过瞬态可调节的阻尼元件利用悬架间的振动能量以此实现减振[3]。空气弹簧悬架其实是采取非线性变刚度弹簧技术的被动悬架，它具有压缩空气供应装置的功能，可以通过汽车载荷重量的需求使得空气弹簧的刚度得到调节，汽车的高度基本上没有改变，能够保持悬架系统的本来振动的频率大部分不发生改变，是以它在空载或满载的行驶平顺性均为良好[4]。主动悬架是包罗一个可控元件构成的开闭环调控系统的悬架元件，依据车辆的外部导入和运动状况给出回应，进行调控车身振动、车轮动载荷、调车身状况，利用这些可以让汽车获得最佳的行驶状况[5]。
当下，馈能悬架为电磁式馈能悬架和分液/气压式馈能悬架。液/气压式馈能的机理是让车身和车轮的能量产生依据合适的机器传动构造转接给气压或液压储能装置，通过气压能在合适的时间利用其能量，以此调节振动，能量消耗降低[6]。直线电机的作用机理是用电磁作动装置代替原有的弹簧阻尼器。当汽车和轮胎相对运动时，电磁直线作动装置的线圈切割磁力线，向外产生电压，使得电机振动产生的机械能转化为电能，转化到电池内[7]。电磁式馈能悬架也划分分为两大类，一种是旋转电机和机械结构结合用作悬架作动装置(比如齿轮齿条式、曲柄连杆式、滚珠丝杠式)，其他的是直接用圆筒直线电机作为作动装置[8]。最近几年，由于电控技术和电磁材料的不断发展，电磁直线作动装置吸引大批工业界的关注，它的高频、短距的运动特性非常适合用作车辆主动悬架的作动装置[9]。根据主动悬架的工作状况，电磁直线作动装置能够电动和反馈能量两种工况下变化；当电磁作动装置处于馈能模式时，那么将电能输送并存储在储能系。因为悬架所承担振动激励复杂多变，因此电磁作动装置感应电动势变化范围巨大，怎么样将这部分电能达到高效的回收利用变成研究学者的研究目标[10]。设计优化主动悬架用电磁直线作动装置储能系统，达到电能的双向高效流动，在收集悬架振动能量的同时，提供合适的阻尼特性，使得车辆的能耗降低，具有很大的意义[11]。
1.2 电磁直线作动装置的发展概况
电磁直线作动装置对于控制目标具有很大影响，是以主动悬架的研究目标是对作动装置的研究探讨[12]。为达到主动悬架的较好工作状况，因此作动装置应该具有隐定、相应快速、能量消耗低和成本低等优势。液力式装置为大部分主动悬架使用。蓄能式装置的发明使得尼桑公司能够将压力节制阀与蓄能器外加液压缸同一，利用不平的路面使得车身震动回收能量，车辆阻隔震动依靠阻尼间的相互配合实现工作过程，相应的能耗将会得到有效的减小[13]。然而液压系统具有不少不足之处，譬喻构件装配精度需求准确；成本很难下降；处理小信号的数据，检查与弥补、主动化和达到长路程等特性没有电气系统灵敏精确。直线伺服电机、电磁蓄能器为当前研究方向。
目前，我国已对主动悬架作动装置进行了研究。西北工业大学的方德宗等人对基于电液驱动的新型主动悬架进行了研究[14]。发明一种基于eha的主动悬架原型结构，设计了一种基于eha的主动悬架模糊控制器。仿真和实验研究表明，基于eha的主动悬架明显基于一种新型电液驱动主动悬架[15]。陈昆山等在江苏大学研究和探索了一种新型的主被动结构主动悬架。选择作动装置的反馈控制方法。此外，设计了以最小功率流传输到车身的最优控制模式。对混合动力主动悬架的性能进行了分析[16]。实验数据表明，该悬架系统能够提高车辆在高频带的平顺性和轮胎触地性，提高车辆的平顺性和运行稳定性[17]。上海交通大学的于凡和顾永辉提出了一种新型的馈能电悬架。通过对样机的实验研究，设计了电动执行机构的电子控制系统。最后，通过整车台架试验，验证了所设计的悬架系统在随动状态下的悬架特性和能量供给特性。试验数据表明，在低频大振幅工况下，随动状态下的电动悬架在提供部分电能的同时，总体上可以达到整车性能[18]。西南交通大学的欧阳东和张继业人也提出一种能量馈能式主动悬架系统。这种悬架的优点在于，当阻尼悬架时，悬架振动的能量被吸收并转换成电能用于存储。同时，所储存的能量可转换成由致动装置产生的主动控制力，因此不需要外部能量供应[19]。通过实验研究，实验数据表明，该系统能够在实现主动减振控制的同时实现能量回馈[20]。直线伺服电机在电力系统中具有许多优点。永磁直流直线伺服电机比液压系统具有更好的驱动性能。利用电磁储能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出一种高性能、低功耗的电磁储能式自适应主动悬架[21]。由此可见，通过直线电机和电磁机理等能量回收技术，研制可馈能能量型电磁回馈主动悬架技术将很快成为悬架技术未来发展的方向。
目 录
1 绪论 1
1.1 本文研究背景及意义 1
1.2 电磁直线作动装置的发展概况 2
1.3 电磁直线做动装置的参数优化研究现状及存在问题 3
2 电磁直线作动装置的构成及工作机理 3
2.1 电磁直线作动装置的结构组成 3
2.2 电磁直线作动装置的工作机理 4
3 电磁直线作动装置参数优化方案设计 5
3.1 电磁直线执行器的初始参数分析 5
3.2 气隙大小优化 7
3.3 线圈参数优化 8
3.4 永磁体尺寸优化 9
4 电磁直线作动装置的材料优化分析 10
4.1 永磁体材料的优化 11
4.2 磁轭材料优化 12
4.3 线圈骨架材料优化 13
5 综合优化方案的提出和分析 14
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
1.1 本文研究背景及意义
由于能源问题越来越严重，国内汽车的燃油消耗量也在不断增长。国内汽车的燃油消耗量对比国内汽油生产总量为86%。有关试验记录显示，车辆所产生的能量仅仅10%16%的效率被使用，另外的其他部分转化为热量消散掉。而主要消耗的部件是：悬架系统和传动系统。悬架系统消耗至少占总消耗的17.2%，不仅导致能量的很大程度上的流失，此外还能引起有关部件的重大磨损[1]。
不仅如此，探讨研究馈能型悬架系统对汽车驾驶中的振动能量进行二次利用，具有跨时代的经济意义。车辆的主 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
要部件是悬架，悬架对车辆的性能非常重要。目前，几乎所有的老式车辆都是被动悬架。此外，悬架研究的重点包括半主动悬架、主动悬架和空气弹簧悬架[2]。半主动悬架通过瞬态可调节的阻尼元件利用悬架间的振动能量以此实现减振[3]。空气弹簧悬架其实是采取非线性变刚度弹簧技术的被动悬架，它具有压缩空气供应装置的功能，可以通过汽车载荷重量的需求使得空气弹簧的刚度得到调节，汽车的高度基本上没有改变，能够保持悬架系统的本来振动的频率大部分不发生改变，是以它在空载或满载的行驶平顺性均为良好[4]。主动悬架是包罗一个可控元件构成的开闭环调控系统的悬架元件，依据车辆的外部导入和运动状况给出回应，进行调控车身振动、车轮动载荷、调车身状况，利用这些可以让汽车获得最佳的行驶状况[5]。
当下，馈能悬架为电磁式馈能悬架和分液/气压式馈能悬架。液/气压式馈能的机理是让车身和车轮的能量产生依据合适的机器传动构造转接给气压或液压储能装置，通过气压能在合适的时间利用其能量，以此调节振动，能量消耗降低[6]。直线电机的作用机理是用电磁作动装置代替原有的弹簧阻尼器。当汽车和轮胎相对运动时，电磁直线作动装置的线圈切割磁力线，向外产生电压，使得电机振动产生的机械能转化为电能，转化到电池内[7]。电磁式馈能悬架也划分分为两大类，一种是旋转电机和机械结构结合用作悬架作动装置(比如齿轮齿条式、曲柄连杆式、滚珠丝杠式)，其他的是直接用圆筒直线电机作为作动装置[8]。最近几年，由于电控技术和电磁材料的不断发展，电磁直线作动装置吸引大批工业界的关注，它的高频、短距的运动特性非常适合用作车辆主动悬架的作动装置[9]。根据主动悬架的工作状况，电磁直线作动装置能够电动和反馈能量两种工况下变化；当电磁作动装置处于馈能模式时，那么将电能输送并存储在储能系。因为悬架所承担振动激励复杂多变，因此电磁作动装置感应电动势变化范围巨大，怎么样将这部分电能达到高效的回收利用变成研究学者的研究目标[10]。设计优化主动悬架用电磁直线作动装置储能系统，达到电能的双向高效流动，在收集悬架振动能量的同时，提供合适的阻尼特性，使得车辆的能耗降低，具有很大的意义[11]。
1.2 电磁直线作动装置的发展概况
电磁直线作动装置对于控制目标具有很大影响，是以主动悬架的研究目标是对作动装置的研究探讨[12]。为达到主动悬架的较好工作状况，因此作动装置应该具有隐定、相应快速、能量消耗低和成本低等优势。液力式装置为大部分主动悬架使用。蓄能式装置的发明使得尼桑公司能够将压力节制阀与蓄能器外加液压缸同一，利用不平的路面使得车身震动回收能量，车辆阻隔震动依靠阻尼间的相互配合实现工作过程，相应的能耗将会得到有效的减小[13]。然而液压系统具有不少不足之处，譬喻构件装配精度需求准确；成本很难下降；处理小信号的数据，检查与弥补、主动化和达到长路程等特性没有电气系统灵敏精确。直线伺服电机、电磁蓄能器为当前研究方向。
目前，我国已对主动悬架作动装置进行了研究。西北工业大学的方德宗等人对基于电液驱动的新型主动悬架进行了研究[14]。发明一种基于eha的主动悬架原型结构，设计了一种基于eha的主动悬架模糊控制器。仿真和实验研究表明，基于eha的主动悬架明显基于一种新型电液驱动主动悬架[15]。陈昆山等在江苏大学研究和探索了一种新型的主被动结构主动悬架。选择作动装置的反馈控制方法。此外，设计了以最小功率流传输到车身的最优控制模式。对混合动力主动悬架的性能进行了分析[16]。实验数据表明，该悬架系统能够提高车辆在高频带的平顺性和轮胎触地性，提高车辆的平顺性和运行稳定性[17]。上海交通大学的于凡和顾永辉提出了一种新型的馈能电悬架。通过对样机的实验研究，设计了电动执行机构的电子控制系统。最后，通过整车台架试验，验证了所设计的悬架系统在随动状态下的悬架特性和能量供给特性。试验数据表明，在低频大振幅工况下，随动状态下的电动悬架在提供部分电能的同时，总体上可以达到整车性能[18]。西南交通大学的欧阳东和张继业人也提出一种能量馈能式主动悬架系统。这种悬架的优点在于，当阻尼悬架时，悬架振动的能量被吸收并转换成电能用于存储。同时，所储存的能量可转换成由致动装置产生的主动控制力，因此不需要外部能量供应[19]。通过实验研究，实验数据表明，该系统能够在实现主动减振控制的同时实现能量回馈[20]。直线伺服电机在电力系统中具有许多优点。永磁直流直线伺服电机比液压系统具有更好的驱动性能。利用电磁储能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出一种高性能、低功耗的电磁储能式自适应主动悬架[21]。由此可见，通过直线电机和电磁机理等能量回收技术，研制可馈能能量型电磁回馈主动悬架技术将很快成为悬架技术未来发展的方向。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/770.html
