直线电机式混合悬架性能及参数优化研究

摘要

车辆在行驶过程中受路面冲击影响产生振动，传统被动悬架通过阻尼减振器衰减这部分振动，从而保证车辆的乘坐舒适性，而这部分悬架振动能量最终以热能的形式耗散到空气中。相关研究表明车辆悬架振动能量回收潜能巨大，而这部分能量一直未被回收利用。目前，国内外绝大多数专家学者主要以改善车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性、行驶安全性等对主动悬架进行开发设计。而主动悬架需要消耗较大的能量实现其主动控制，一般用于一些大排量的豪华轿车上，与当今社会车辆设计追求“节能减排”的理念相违背。因此，既能实现主动控制又能回收振动能量的新型悬架成为当前悬架设计的新趋势。本文提出了一种悬架设计的新思路，在传统被动悬架基础上加入了圆筒型永磁直线电机组成混合悬架，即圆筒型永磁直线电机、阻尼减振器和弹簧相并联的形式，直线电机既可作为电磁作动器提供作动力改善悬架动力学性能，又可作为发电机回收悬架振动能量。　　首先，对比分析了多种类型悬架的结构和性能特点，确定了混合悬架的结构，并对其工作原理以及工作模式进行了阐述；介绍了直线电机的结构、原理以及回收悬架振动能量的原理；建立了路面输入模型、混合悬架理想线性二自由度模型。　　其次，分别对混合悬架在主动减振模式和被动馈能模式下的悬架性能进行了仿真比对研究。在主动减振模式下，设计了LQG最优控制器，将混合悬架与全主动悬架、被动悬架进行了动力学性能对比，表明混合悬架与全主动悬架性能基本一致，而要优于被动悬架；在被动馈能模式下，设计了馈能电路，仿真计算了悬架功率、电机功率以及电源充电功率，表明悬架振动能量回收潜能较大，计算了馈能效率。对比分析了混合悬架与被动悬架动力学性能，表明两者基本一致。对混合悬架减振器阻尼系数CS和弹簧刚度KS进行参数灵敏度分析。　　然后，采用粒子群算法对混合悬架进行参数优化，阐述了粒子群算法的基本原理，算法流程以及算法参数选择原则。以悬架的舒适性、安全性、馈能性为优化目标，减振器阻尼系数CS和弹簧刚度KS作为优化变量，在Matlab/Simulink中编写粒子群算法程序，进行优化计算。对优化后的混合悬架性能进行仿真对比分析，表明馈能性能获得一定提升，同时保证了动力学性能。　　最后，根据仿真研究搭建相应台架试验，主要包括混合悬架馈能试验和动力学性能试验。试验结果与优化仿真结果基本保持一致，验证了优化结果的可靠性。对于节能型悬架开发过程中关键参数选取具有参考价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2混合悬架国内外研究概况

1.3 本文研究的主要内容及方法

第二章 混合悬架及其直线电机作动器研究

2.1混合悬架结构选型

2.2 混合悬架工作原理简述

2.3 直线电机研究

2.4路面输入模型

2.5混合悬架建模

2.6本章小结

第三章 混合悬架性能及参数灵敏度分析

3.1主动减振模式下的性能分析

3.2被动馈能模式下的性能分析

3.3混合悬架参数灵敏度分析

3.4本章小结

第四章 基于粒子群算法的混合悬架参数优化

4.1粒子群算法

4.2混合悬架参数优化

4.3优化结果仿真分析

4.4本章小结

第五章 台架试验及结果分析

5.1试验仪器及设备

5.2混合悬架台架试验

5.3试验结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

硕士期间参加的科研项目、发表的论文

参加的科研项目

发表的学术论文