[00126292]汽车馈能式磁流变半主动悬架系统研制

近年来,随着磁流变液体的研究取得重大突破,国际上商用磁流变液体正在进入工业应用领域,尤其是用其制成的磁流变减振器,为半主动悬架实现实时精确控制提供了一种新途径。磁流变减振器以来自监测车身和车轮运动传感器的输入信息为基础,通过改变励磁电流大小来调节磁场强弱,从而利用磁流变液体粘度可变的特性,达到磁流变减振器输出阻尼力能在较大范围内连续、无级可调的目的,使基于磁流变减振器的半主动悬架系统能适应变路面、变工况的需要,显著提高车辆运行的平顺性和操纵稳定性。与其他类型的可控减振器相比,磁流变减振器具有响应快、功耗低和阻尼特性变化范围大等优点。因此磁流变半主动悬架能以其优异的动态特性与高度的可控性,极大改善了车辆运行的舒适性和安全性,其代表了车辆悬架技术未来的发展方向,具有短期产业化潜力和广阔应用前景。 传统被动悬架中的减振器是以摩擦的形式将振动能量转变为热能耗散掉,从而产生阻尼力来衰减汽车的振动,这样不但影响了减振器的性能,而且把车身振动产生的能量白白耗散掉,如果能够将传统减振器中耗散掉的能量加以回收利用来提供半主动悬架所需的能量,从而就可以在实现半主动控制的同时,提高汽车平顺性、乘坐舒适性和操作稳定性,实现半主动悬架能量自供给的目的,从根本上解决了半主动悬架耗能的问题。 由于用磁流变减振器具有响应快、阻尼力大、能量需求小、机构简单、耐久性好、阻尼力可以实现无级可调等优点,并且即使在控制系统失效的情况下仍可充当被动减振器件具有很强的可靠性、实用性,因此在各个行业得到了前所未有的发展,尤其是在土木、桥梁、车辆悬架上的应用尤为普遍。在车辆磁流变悬架系统中,磁流变减振器是最为核心的部件,其性能的优劣直接影响着减振性能的好坏,但它需要外部电源为磁流变减振器供电,以便产生实现磁流变效应的磁场,即通过控制输入电流的大小,来改变磁场的强弱,达到所需实时阻尼力的目的。外部供电不仅增加了磁流变半主动悬架系统的电能消耗,而且电能的中断还会影响磁流变减振器工作的可靠性。对于磁流变智能悬架系统而言,如何降低系统成本,提高系统可靠性、安全性和稳定性,并使车辆行驶过程中把由路面不平引起的汽车悬架振动能量加以回收,储存和利用,从而赋予系统自供电功能,是一个关键性的技术问题,也是影响其广泛应用并走向市场的技术瓶颈。近年来,能量回收成为一个关注度很高的研究领域,尤其是如何将外界振动能量高效稳定地回收并加以利用成为广大研究者致力研究的方向。随着能量回收技术的发展,为解决磁流变半主动悬架系统的馈能问题提供了有效的方法,通过发电机将悬架振动能量转化为电能储存起来,并为磁流变减振器及其控制器供电,可以使磁流变半主动悬架系统摆脱对外界供电的限制成为自供电系统。 本课题在研究车辆底盘磁流变半主动悬架系统基础之上,并考虑到磁流变减振器的依靠外部电源的供电问题,提出了车辆馈能式磁流变减振器悬架研究的课题,通过查阅相关文献资料将振动能量的回收对比,分析了压电式、机械式、电磁感应式馈能方式的优缺点,并结合当前的实验条件,确定了将永磁无刷直线电机与磁流变减振器并联的馈能设计方案,分别完成对该半主动馈能悬架在随机振动半主动控制下的馈能特性、悬架阻尼特性研究。同时设计完成能量回收装置包括软硬件,进一步通过台架实验优化所设计的馈能装置,以便最大程度地回收振动电能,以提高馈能装置的馈能效率,为磁流变半主动悬架及相应的耗能控制器供电,并且可以把多余的电能储存起来以供车辆上其他的耗电设备使用,这样不仅节约了电能,而且与当今节能环保的理念相吻合。