基于电磁直线作动器主动悬架馈能与供能装置控制研究

摘要

悬架系统作为车辆的重要组成部分之一，对悬架系统的主动控制可以有效地提高悬架的性能，改善整车平顺性，但需要消耗能量。随着电磁直线作动器技术的发展，将电磁直线作动器代替传统的阻尼器应用于悬架系统，可以有效地解决主动控制和能量消耗的矛盾。 首先，本文针对某一车辆悬架参数要求所设计的电磁直线作动器的电磁力特性和馈能特性进行研究，得到其比推力系数为89N/A，最大输出电压为105V。根据这一结果设计了以H桥整流器、DC-DC功率变换器以及复合电源储能器三个模块组成的馈能电路和以全桥逆变器、供能电源组成的供能电路。 接着，根据馈能电路的拓扑结构和作动器模型设计了Fuzzy_PID控制器，并在Simulink中建立馈能系统模型。以动子速度作为输入激励进行仿真分析，结果表明本文设计的馈能装置及其控制系统能够有效地实现能量的回收。为了验证仿真的结果，本文设计了馈能装置试验台架，进行具体试验。通过仿真结果和实验结果的对比，进一步验证了馈能系统的正确性和有效性。 最后，根据供能电路的拓扑结构和1/4主动悬架模型设计了分层控制系统，利用Simulink建立供能系统模型，以C级路面60km/h作为输入激励进行仿真分析，结果表明车身加速度、悬架动行程以及轮胎动位移均得到改善。设计1/4主动悬架试验台架，以激振台对主动悬架台架输入振动激励，得到在有主动控制时的簧上质量加速度和悬架动行程分别降低了25％和20％，从原理上验证了电磁主动悬架的减振特性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景与意义

1．2电磁主动悬架研究现状

1．2．1电磁主动悬架的能量回收控制研究

1．2．2电磁主动悬架的主动控制研究

1．3主要研究内容

2电磁直线作动器的设计及性能分析

2．1电磁主动悬架系统需求分析

2．2电磁直线作动器的结构设计

2．3电磁直线作动器的比推力系数的研究

2．4速度激励下电磁直线作动器馈能特性研究

2．5本章小结

3主动悬架的馈能与供能装置总体方案研究

3．1基于电磁直线作动器的主动悬架馈能和供能装置

3．2馈能电路的拓扑结构分析

3．2．1 H桥整流器

3．2．2 DC-DC功率变化器

3．2．3复合电源储能器

3．2．4馈能电路原理性试验验证

3．3供能电路的拓扑结构分析

3．3．1电压型全桥逆变器

3．3．2供能电源

3．4本章小结

4馈能装置控制系统设计与仿真试验研究

4．1馈能装置控制器设计

4．1．1 H桥整流器控制

4．1．2 DC-DC升降压控制

4．1．3复合电源储能控制

4．2馈能装置的控制策略设计

4．2．1 PID控制

4．2．2模糊控制

4．2．3模糊PID控制器的设计

4．3馈能装置建模仿真分析

4．3．1馈能装置模型建立

4．3．2仿真分析

4．4馈能装置的试验台架设计及硬件选型

4．4．1馈能装置台架设计

4．4．2控制器的选择

4．4．3功率开关管及其驱动器的选择

4．4．4传感器及其基础元件的选择

4．4．5输入激励设备选择

4．5馈能试验研究分析

4．6本章小结

5供能装置控制系统设计与仿真试验研究

5．1．2 1/4车辆主动悬架动力学模型

5．1．3路面输入模型

5．1．4悬架供能模式下电磁直线作动器模型

5．2供能装置控制系统设计

5．2．1线性二次型最优控制器的设计

5．2．2电磁直线作动器Fuzzy_PID控制器的设计

5．3供能装置的仿真分析

5．4供能装置试验台架设计及硬件选型

5．4．1 1/4电磁主动悬架台架设计

5．4．2电动激振台

5．4．3空气弹簧和螺旋弹簧

5．4．4传感器及电源

5．4．5控制器及驱动器

5．5主动控制试验研究

5．6本章小结

6总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录