电磁直线馈能悬架的馈能机理分析及馈能能效研究(附件)
本文的研究对象是电磁直线馈能悬架，是一种基于麦弗逊式独立悬架的新型悬架系统。针对电磁直线馈能悬架的馈能机理分析及馈能能效进行研究。借助Ansoft Maxwell软件建立电磁直线作动器的仿真模型，仿真得到电磁直线作动器在正弦运动下的感应电流和电动势。通过对比得出，电磁直线馈能悬架的在运动时，电磁直线悬架的振动幅度和振动频率是影响能效的重要因素。关键词 电磁直线馈能悬架，电磁直线作动器，馈能机理，馈能能效，模型仿真
目 录
1 绪论 1
1.1 本文研究的背景及意义 1
1.2 电磁直线馈能悬架发展概况 2
1.3 本文研究内容及拟采用研究手段 5
2 电磁直线馈能悬架的结构及馈能机理 5
2.1 电磁直线馈能悬架的结构组成 5
2.2 电磁直线馈能悬架的馈能机理 6
3 电磁直线馈能悬架的馈能可行性分析 7
3.1 基于Ansoft Maxwell的有限元仿真 7
3.2 馈能可行性分析 8
4 电磁直线馈能悬架的馈能影响因素分析 10
4.1 振动幅值 10
4.2 振动频率 12
4.3 影响因素综合分析 14
结论 15
致谢 16
参考文献 17 1绪论
1.1本文研究的背景及意义
在许多行业中，汽车工业作为国民经济发展和富强的重要支柱之一[1]，在国民经济中充当着重要的角色，有着提升社会发展带动各行业进步的重要责任。最近几年来，因为汽车市场快速的扩张，家用汽车购买量不断提高，体现出我国国家经济的快速进步和人民物质和生活条件的提高。2009年，中国的汽车生产和销量均历史性突破1000万辆，成为继美国之后，又一个全球最大的汽车消费市场。2014年，中国的汽车产生产和销量均排列首位。但是，随着汽车消费需求的不断扩大，我们也应该意识到随之而来的环境污染和能源安全问题。
随着全球能源逐渐减缩，节能技术已经成为汽车发展的重要趋势之一[2]。能量浪费的现象在车辆行驶运行中广泛存在（例如，在制动期间将动能转换成热能形成浪费，悬架阻尼器以摩擦等方式来减 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
弱车身振动等）。如果我们可以将这些能量在现代新型悬架系统的汽车中进行回收利用，那么汽车上的能量损失可以减少，从而完成能量的节约。本课题所研究的直线馈能悬架正是基于这种将能量回收的理念，将原本被阻尼器通过摩擦形式所损失的能量回收利用，为汽车能量回收提供了新的方式。
能够利用这些能量对于新型汽车而言非常重要[3]。因为这部分的能量损耗比较少而且回收的利用要求高，所以的我们必须要求设计一个能进行严格的能量回收的悬架结构。而新型的混合汽车能够将这部分能量回收，可以将油耗明显的降低。
悬架（主要由减振器、螺旋弹簧、摆臂组成）是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称[2]，对汽车起到支撑与减振的效果，使汽车行驶起来更加平稳。能够吸收路面振动导致的车身晃动，同时将振动进行减弱。以保证在路面上能够平稳的通行。本文研究的馈能式悬架是新型悬架结构，能减弱振动并且能够同时回收因为振动损失的这些能量[4]。
被动悬架依然是当前汽车悬架使用的主流，由于弹簧刚度和减振器阻尼系数不可调，不能依据外在的路面的行驶路况改变，因此传统的悬架只能在特定的一些路面上才能表现出良好的减震效果，而不能根据实际的路面状态来调整汽车的减振效果[1]。使用主动悬架就可以在不同的路面条件下达到悬架的最优效果，从而明显的提高了汽车在路面上的平稳性和操纵性能。但是主动馈能悬架在运行的过程中会需要许多的能量来抑制路面不平导致的汽车振动。
现在，节能是汽车在制造和创新中的重要研究方向，将主动馈能悬架能量损耗过高的问题解决是必然的趋势[5]，而能量进行反馈是降低能耗和降低使用成本非常好的途径。因此，馈能型主动悬架应运而生，其作用是回收路面不平而产生的振动能量，用来主动的衰减汽车振动。半主动悬架拥有结构比较简单，使用成本低和运行过程中损失的能量比较少等优势，并且起到的减振效果和主动悬架的效果非常的相近，远远的优于被动悬架。因而受到汽车公司的广泛关注，是得半主动悬架技术得到了快速的发展。半主动悬架研究开发的核心是悬架作动器和作动器的控制路径[4]。因此，减振性能稳定，减振器阻尼控制简易，和高效的控制路径是未来研究的主要领域。
机械式馈能和电磁式馈能是实现馈能型悬架的两种主要方法[6]。机械式馈能的原理是通过适当的机械传动结构将车轮和车身的振动能量传递给液压或气压储能装置，以液压能或压力能的形式储存，并在适当的时候释放能量储存以抑制振动并降低能量消耗。电磁式馈能的原理是用电磁作动器替代传统的减振器，通常会在悬架系统中装载一套电能转换装置（如电机等），当簧载质量与非簧载质量之间发生相对运动时，通过机械传动机构可以将这部分振动转变为线圈与磁场之间的相对运动，根据法拉第电磁感应定律，闭合线圈中的磁场发生变化时，线圈内就会产生感应电流。通过选取合适的充电电路，并对其进行适当的参数匹配就可以将这部分振动能量回收[5]。等到适当时机再释放使用，而电磁式馈能悬架又分为电磁直线作动器式和旋转电机式两类。
最近几年，由于电控技术和电磁材料的不断发展[3]，使得我们运用在悬架能量回收利用方面的技术得到极大的提升。比如，我们采用电磁装置将这部分损耗到空气中的能量加以回收，转化成为悬架能够使用的电能，从而提升汽车的减振和节能的效果。因此，可以开发一种新型的主动电磁悬架，该主动电磁悬架可以通过主动控制来改善乘坐舒适性，回收悬架振动消耗的能量并提高能量使用效率。成为一个具有实际意义的研究方向。
1.2 电磁直线馈能悬架发展概况
1995年美国德克萨斯大学机电中心Beno等人[6~8]开发了一种新型的电控主动悬架系统。该系统经过精确的控制算法来得出理想状态下的悬架作动器应该需要的作动力。Beno等人又用台架和实车的实验证明了主动悬架系统可以极大的提升汽车的行驶舒适性和操作稳定性。
1995年，Okada[8]等人提出了一种馈能式悬架，利用直线电流电机代替原来被动悬架的阻尼器。当悬架振动处于高频率时，可以产生感应电流，再利用充电电路回收产生的电力，并存储于储能装置中。研究最终的结果取得不小的突破，但低速运动时，直线电流电机没办法进行充电，使的直线电流电机处于无反馈状态。
目 录
1 绪论 1
1.1 本文研究的背景及意义 1
1.2 电磁直线馈能悬架发展概况 2
1.3 本文研究内容及拟采用研究手段 5
2 电磁直线馈能悬架的结构及馈能机理 5
2.1 电磁直线馈能悬架的结构组成 5
2.2 电磁直线馈能悬架的馈能机理 6
3 电磁直线馈能悬架的馈能可行性分析 7
3.1 基于Ansoft Maxwell的有限元仿真 7
3.2 馈能可行性分析 8
4 电磁直线馈能悬架的馈能影响因素分析 10
4.1 振动幅值 10
4.2 振动频率 12
4.3 影响因素综合分析 14
结论 15
致谢 16
参考文献 17 1绪论
1.1本文研究的背景及意义
在许多行业中，汽车工业作为国民经济发展和富强的重要支柱之一[1]，在国民经济中充当着重要的角色，有着提升社会发展带动各行业进步的重要责任。最近几年来，因为汽车市场快速的扩张，家用汽车购买量不断提高，体现出我国国家经济的快速进步和人民物质和生活条件的提高。2009年，中国的汽车生产和销量均历史性突破1000万辆，成为继美国之后，又一个全球最大的汽车消费市场。2014年，中国的汽车产生产和销量均排列首位。但是，随着汽车消费需求的不断扩大，我们也应该意识到随之而来的环境污染和能源安全问题。
随着全球能源逐渐减缩，节能技术已经成为汽车发展的重要趋势之一[2]。能量浪费的现象在车辆行驶运行中广泛存在（例如，在制动期间将动能转换成热能形成浪费，悬架阻尼器以摩擦等方式来减 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
弱车身振动等）。如果我们可以将这些能量在现代新型悬架系统的汽车中进行回收利用，那么汽车上的能量损失可以减少，从而完成能量的节约。本课题所研究的直线馈能悬架正是基于这种将能量回收的理念，将原本被阻尼器通过摩擦形式所损失的能量回收利用，为汽车能量回收提供了新的方式。
能够利用这些能量对于新型汽车而言非常重要[3]。因为这部分的能量损耗比较少而且回收的利用要求高，所以的我们必须要求设计一个能进行严格的能量回收的悬架结构。而新型的混合汽车能够将这部分能量回收，可以将油耗明显的降低。
悬架（主要由减振器、螺旋弹簧、摆臂组成）是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称[2]，对汽车起到支撑与减振的效果，使汽车行驶起来更加平稳。能够吸收路面振动导致的车身晃动，同时将振动进行减弱。以保证在路面上能够平稳的通行。本文研究的馈能式悬架是新型悬架结构，能减弱振动并且能够同时回收因为振动损失的这些能量[4]。
被动悬架依然是当前汽车悬架使用的主流，由于弹簧刚度和减振器阻尼系数不可调，不能依据外在的路面的行驶路况改变，因此传统的悬架只能在特定的一些路面上才能表现出良好的减震效果，而不能根据实际的路面状态来调整汽车的减振效果[1]。使用主动悬架就可以在不同的路面条件下达到悬架的最优效果，从而明显的提高了汽车在路面上的平稳性和操纵性能。但是主动馈能悬架在运行的过程中会需要许多的能量来抑制路面不平导致的汽车振动。
现在，节能是汽车在制造和创新中的重要研究方向，将主动馈能悬架能量损耗过高的问题解决是必然的趋势[5]，而能量进行反馈是降低能耗和降低使用成本非常好的途径。因此，馈能型主动悬架应运而生，其作用是回收路面不平而产生的振动能量，用来主动的衰减汽车振动。半主动悬架拥有结构比较简单，使用成本低和运行过程中损失的能量比较少等优势，并且起到的减振效果和主动悬架的效果非常的相近，远远的优于被动悬架。因而受到汽车公司的广泛关注，是得半主动悬架技术得到了快速的发展。半主动悬架研究开发的核心是悬架作动器和作动器的控制路径[4]。因此，减振性能稳定，减振器阻尼控制简易，和高效的控制路径是未来研究的主要领域。
机械式馈能和电磁式馈能是实现馈能型悬架的两种主要方法[6]。机械式馈能的原理是通过适当的机械传动结构将车轮和车身的振动能量传递给液压或气压储能装置，以液压能或压力能的形式储存，并在适当的时候释放能量储存以抑制振动并降低能量消耗。电磁式馈能的原理是用电磁作动器替代传统的减振器，通常会在悬架系统中装载一套电能转换装置（如电机等），当簧载质量与非簧载质量之间发生相对运动时，通过机械传动机构可以将这部分振动转变为线圈与磁场之间的相对运动，根据法拉第电磁感应定律，闭合线圈中的磁场发生变化时，线圈内就会产生感应电流。通过选取合适的充电电路，并对其进行适当的参数匹配就可以将这部分振动能量回收[5]。等到适当时机再释放使用，而电磁式馈能悬架又分为电磁直线作动器式和旋转电机式两类。
最近几年，由于电控技术和电磁材料的不断发展[3]，使得我们运用在悬架能量回收利用方面的技术得到极大的提升。比如，我们采用电磁装置将这部分损耗到空气中的能量加以回收，转化成为悬架能够使用的电能，从而提升汽车的减振和节能的效果。因此，可以开发一种新型的主动电磁悬架，该主动电磁悬架可以通过主动控制来改善乘坐舒适性，回收悬架振动消耗的能量并提高能量使用效率。成为一个具有实际意义的研究方向。
1.2 电磁直线馈能悬架发展概况
1995年美国德克萨斯大学机电中心Beno等人[6~8]开发了一种新型的电控主动悬架系统。该系统经过精确的控制算法来得出理想状态下的悬架作动器应该需要的作动力。Beno等人又用台架和实车的实验证明了主动悬架系统可以极大的提升汽车的行驶舒适性和操作稳定性。
1995年，Okada[8]等人提出了一种馈能式悬架，利用直线电流电机代替原来被动悬架的阻尼器。当悬架振动处于高频率时，可以产生感应电流，再利用充电电路回收产生的电力，并存储于储能装置中。研究最终的结果取得不小的突破，但低速运动时，直线电流电机没办法进行充电，使的直线电流电机处于无反馈状态。
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