【摘要】：隨著汽車工業(yè)迅速發(fā)展,人類面臨嚴(yán)峻的能源與環(huán)境挑戰(zhàn),以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車是實(shí)現(xiàn)交通可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇,輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車由于動(dòng)力系統(tǒng)布置靈活,省略了傳統(tǒng)汽車的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),使得整車質(zhì)量降低,結(jié)構(gòu)簡潔緊湊、可利用空間增大,傳動(dòng)鏈縮短、傳動(dòng)效率提高,已被視為電動(dòng)汽車的最終驅(qū)動(dòng)形式。但由于其特殊的動(dòng)力布置形式造成非簧載質(zhì)量增加,整車平順性與操縱穩(wěn)定性下降。主動(dòng)懸架能夠產(chǎn)生主動(dòng)控制力來改善懸架特性,實(shí)現(xiàn)車輛舒適性和操穩(wěn)性的平衡,但同時(shí)也造成了電動(dòng)汽車電能的消耗;饋能型懸架能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)能量的回收和利用,同時(shí)可以產(chǎn)生可調(diào)的電磁阻尼力來改善懸架的阻尼特性。本文基于動(dòng)力吸振器原理及電磁主動(dòng)懸架的運(yùn)用,提出了一種結(jié)構(gòu)和功能上高度集成的電動(dòng)汽車電動(dòng)輪新構(gòu)型,以抑制車輪振動(dòng)負(fù)效應(yīng)問題。針對電磁主動(dòng)懸架系統(tǒng),從作動(dòng)器本體入手設(shè)計(jì)了一種高功率密度、低電磁力波動(dòng)的直線式作動(dòng)器;分析研究了直線式作動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及電磁力波動(dòng)的抑制方法;探索了電磁主動(dòng)懸架非線性阻尼特性和饋能特性,并設(shè)計(jì)了一種基于負(fù)載可調(diào)的電磁主動(dòng)懸架電阻控制單元,實(shí)現(xiàn)了對新型電動(dòng)輪系統(tǒng)舒適性及安全性的控制要求。具體工作包括以下幾個(gè)方面:(1)借助輪轂電機(jī)懸置元件將電機(jī)“懸浮”,將輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)力吸振器,從而將普通輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為減振型輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并根據(jù)吸振器的安裝方式構(gòu)建車身減振型和車輪減振型兩種懸架減振構(gòu)型,對多種輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行垂向振動(dòng)對比分析。在此基礎(chǔ)上引入電磁主動(dòng)懸架,提出了一種集驅(qū)動(dòng)、隔振、減振和振動(dòng)能量回收為一體的新型電動(dòng)汽車電動(dòng)輪系統(tǒng)。根據(jù)電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)及性能的需求,設(shè)計(jì)了一種基于分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)的永磁直線式電磁主動(dòng)懸架作動(dòng)器。(2)基于麥克斯韋磁場理論及圓柱坐標(biāo)磁通密度矢量法,建立了開槽結(jié)構(gòu)的永磁直線式作動(dòng)器理論模型,分析了作動(dòng)器靜態(tài)磁場分布及動(dòng)態(tài)繞組電磁輸出特性;研究了作動(dòng)器電磁力瞬態(tài)響應(yīng),分析了電磁力波動(dòng)的時(shí)間響應(yīng)特性,以及影響電磁力波動(dòng)的主要因素。(3)對永磁直線式作動(dòng)器工作狀態(tài)下電磁力波動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行了分析,明確定位力與波紋力對電磁力波動(dòng)的影響。針對定位力,一方面通過改變定子端部齒的厚度,研究端部齒厚度對作動(dòng)器端部定位力的影響規(guī)律;另一方面探索多種極槽組合的作動(dòng)器的齒槽定位力特性,提出了有效降低電磁力波動(dòng)的措施。針對波紋力,采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法,以作動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為優(yōu)化變量,以作動(dòng)器感應(yīng)電動(dòng)勢幅值最大和總諧波含量最小為優(yōu)化目標(biāo),對電磁作動(dòng)器進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),獲取作動(dòng)器優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)Pareto解集,基于模糊集合理論確定作動(dòng)器最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù),最終提高了電磁力并降低其波紋力。(4)在作動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,建立了基于正弦激勵(lì)下作動(dòng)器饋能電壓及饋能功率模型,探討了作動(dòng)器饋能特性隨激勵(lì)的頻率、振幅以及其起始相位的變化規(guī)律。分析了多種激勵(lì)下作動(dòng)器阻尼力-位移特性及阻尼力-速度特性。最后,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)作動(dòng)器的有效性。(5)基于電動(dòng)輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及電磁主動(dòng)懸架饋能模型,探討了電磁主動(dòng)懸架饋能特性和車輛的舒適性及安全性的耦合關(guān)系,包括懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)對饋能功率以及饋能功率對懸架動(dòng)力學(xué)性能的影響。結(jié)合作動(dòng)器電磁力解析解與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果,考慮磁場飽和效應(yīng),建立了電磁主動(dòng)懸架半解析的非線性電磁力模型。設(shè)計(jì)了基于負(fù)載可調(diào)的,考慮非線性電磁力特性的電阻控制器,以實(shí)現(xiàn)饋能型電磁主動(dòng)懸架的自減振控制。此外,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出主動(dòng)-半主動(dòng)一體式的懸架控制方法,并對懸架性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以改善電動(dòng)汽車電動(dòng)輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.7
【圖文】：

圖 1.1 米其林“主動(dòng)車輪”系統(tǒng)[5]Fig.1.1 Michelin“active wheel”system[5]4[7]公司設(shè)計(jì)的一體化輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子式永磁直接與輪輞相連，將電動(dòng)機(jī)外殼作為車輪的組成部分為鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓，制動(dòng)蹄片直接作用在電動(dòng)機(jī)，減小了輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量，集成化設(shè)計(jì)程度相當(dāng)?shù)挠来艧o刷直流電動(dòng)機(jī)的性能非常高，其峰值功率可Nm，最高轉(zhuǎn)速為 1385r/min，額定功率為 18.5kW，額定轉(zhuǎn)80Nm，額定工況下的平均效率可達(dá)到 96.3%。司開發(fā)的 eCorner[8]將車輪部件、輪轂電機(jī)、主動(dòng)懸架輪輪輞里面。主要特點(diǎn)是在電機(jī)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新，，定子和輪轂作為一體，轉(zhuǎn)子和支撐板作為一體。中裝置。文中將懸架一分為二，中間連接部分和車軸相輪集成的一種新模式，如圖 1.2 所示。

SiemensVDOeCorner系統(tǒng)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2739185