主动座椅悬架电磁作动器及其电子控制单元研究

摘要

随着磁力隔振技术的发展，电磁式主动座椅悬架以其非线性，无接触，无污染，易于控制的特性引起了人们的广泛关注。本文研制了一种应用于主动座椅悬架的电磁作动器及电子控制单元。完成的主要工作和得到的主要结论如下： 1.根据座椅悬架的特性，提出了一种电磁作动器新结构。该电磁作动器由两个上下垂直布置的电磁线圈和位于线圈中心的铁芯组成，整体结构呈圆柱形。在ANSYS电磁场分析模块中建立了电磁作动器的电磁场仿真模型，改变电磁作动器的参数，包括电磁铁铁芯直径d，铁芯长度ι，电磁线圈匝数N，电磁线圈电流I，工作气隙δ等，对电磁场特性进行了仿真研究。分析了各参数对电磁作动器电磁力分布及大小的影响。仿真结果表明：电磁作动器电磁线圈中通入电流时，磁力线呈对称分布，铁芯和衔铁中的磁通密度最大；在所研究参数范围内，衔铁所受电磁力随铁芯直径增大而增大，随铁芯长度增大而减小；同等条件下，电磁线圈匝数越多，电磁力越大；电磁力与电磁线圈电流和工作气隙有关，随电流增大呈非线性增大，随工作气隙增大呈非线性减小。 2.以仿真结果为依据，确定了电磁作动器的各参数，研制了电磁作动器，并对电磁作动器进行了静态特性试验和单频激振试验研究，以研究线圈通入不同电流时，载重面加速度响应随激振频率变化的规律。试验结果表明：电磁作动器通固定电流时，垂直加速度随激振频率呈先增大后减小的趋势，并在4-6HZ左右达到峰值；电磁作动器底部电磁线圈电流固定，顶部电磁线圈电流变化时，在4Hz以下垂直加速度响应差别很小，在4Hz以上时，随电流增大，加速度响应增大。由此可见，调节电磁作动器电磁线圈中的电流，可以改变电磁作动器的减振性能。 3.研制了电磁作动器电子控制单元，包括硬件和软件系统。开发了能连续有效调节输入电磁作动器电流大小的电力变换器，研制了以DSPIC30F2010单片机为核心的控制器，外围电路包括垂直加速度、电源电压、电磁线圈电流等信号的采集处理电路，开关电源，IGBT驱动电路，人机对话接口等。在外围电路中考虑了系统的可扩展性和通用性，增强了硬件系统的适用性。控制程序用C语言编写，实现的主要功能有：系统输入信号的采集与处理、控制算法的实现以及控制信号的输出，关键参数的显示等。此外，考虑到应用现场的复杂性，还对系统软硬件进行抗干扰设计，试验表明，系统软硬件运行平稳。 4.通过单频激振试验，比较研究了施加控制和未施加控制两种状态下电磁作动器的加速度响应。试验结果表明，电子控制单元工作稳定可靠，施加控制的电磁作动器加速度响应小于未施加控制的电磁作动器加速度响应，施加控制的减振效果明显优于未施加控制的。 本课题的研究成果为主动座椅悬架电磁作动器及其控制系统的进一步研究提供一定的理论依据和技术支撑。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1主动悬架的发展历史和研究现状

1.2磁力隔振技术的应用研究现状

1.3电磁作动器在主动座椅悬架中的应用

1.4课题研究的主要内容和意义

第二章 电磁作动器的研制及特性试验研究

2.1电磁作动器结构设计

2.2电磁作动器仿真研究

2.2.1 ANSYS简介

2.2.2仿真模型的建立

2.2.3仿真结果分析

2.3电磁作动器的研制

2.4电磁作动器特性试验研究

2.4.1电磁作动器静态特性试验

2.4.2电磁作动器单频激振试验

第三章 电子控制单元硬件系统研制

3.1硬件系统整体规划

3.2电力变换器设计

3.2.1 BOOST电路结构及工作原理

3.2.2 BOOST电路主要参数的确定

3.3控制电路设计

3.3.1 DSPIC30F2010芯片简介

3.3.2开关电源设计

3.3.3信号采集处理单元设计

3.3.4 IGB驱动电路设计

3.3.5人机对话接口设计

3.3.6电源

3.4电路系统的抗干扰措施

第四章 电子控制单元软件系统开发

4.1软件开发语言简介

4.2 MPLAB IDE及MPLAB C30

4.3系统软件结构设计

4.3.1主程序结构

4.3.2 A/D转换子程序设计

4.3.3数字P1控制子程序设计

4.3.4 IGBT驱动子程序设计

4.4软件抗干扰分析

第五章 试验结果及分析

5.1试验目的

5.2试验设备及仪器简介

5.3试验过程介绍

5.3.1电子控制单元性能测试

5.3.2单频激振试验方案

5.4单频激振试验结果与分析

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2后续研究建议及展望

参考文献

附录

致谢

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