重型商用车电液式馈能悬架设计与仿真

发布时间：2020-11-15 01:31

　　 车辆减振器是连接车身与车轮的重要装置,作用是耗散车身和车轮之间的垂向振动能量,保持车辆行驶中的稳定性和平顺性。传统液压式减振器通过热传导将油液的热能耗散到空气中,这部分热能不仅被浪费掉,同时也会造成减振器的寿命降低。为了提高汽车的经济性,引入电液式馈能悬架的概念,电液式的馈能悬架通过外接液压马达和发电机将这部分能量转化成电能储存起来,可为汽车电器提供电能。重型商用车驾驶工况复杂且路况恶劣,长时间的驾驶容易对司机的身体健康造成影响,而驾驶室下方筒式减振器是悬架设计中的重要一环。在考虑汽车燃油经济性以及减振器使用寿命的情况下,本文对重型商用车减振器能量回收潜力进行验证研究和电液式馈能悬架原型样机的试验研究。本文的主要研究内容包括:首先,在Simulink中建立随机路面数学模型模拟真实路面,进行仿真试验,计算各个路面能量回收功率,分析影响能量回收的因素。同时,结合某商用车进行路试试验验证仿真模型的有效性,并进一步分析路面等级和车速对商用车筒式减振器能量耗散的影响。仿真试验和路试试验表明:重型商用车筒式减振器具有较高的能量潜力。其中路面等级和车速是影响能量回收的主要因素,而路面等级对耗散功率的影响较大,车速对耗散功率的影响较小。然后,对电液式馈能悬架的液压执行元件、液压马达、蓄能器、单向阀、液压管路、发电机、蓄电池等进行了建模仿真与理论分析;并建立了电液式馈能悬架的AMESim仿真模型,通过分析模型的主要部件的工作特性,为后续原理样机的选型提供依据,并验证了电液式馈能悬架的合理性;在仿真条件下,得出了降低液压马达的排量,馈能效率能够得到提高;通过仿真,分析了蓄能器充气压力和容积对系统的压力波动的影响,其中,蓄能器的充气压力对系统的压力波动以及静态压力影响最大,对系统的稳定性起到重要的作用,蓄能器的容积对系统的压力波动影响较小。最后,基于AMESim仿真软件建立电液式馈能悬架仿真模型,设计并搭建原理样机,原理样机包括液压缸,液压马达,发电机,蓄能器,单向阀,智能扩散硅压力变送器,涡轮流量计,电子负载等关键部件。通过试验台架实际搭建工作,详细了解了馈能悬架的工作特性,针对试验当中存在的问题对仿真模型进行了一定的优化设计。并利用现有的电子负载,自行设计控制电路,以便准确地测量试验数据,及时发现试验当中存在的问题并快速解决。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.33
【部分图文】：

图１－３齿轮齿条式馈能悬架??Ｆｉｇ．?１－３?Ｇｅａｒ?ｒａｃｋ?ｔｙｐｅ?ｓｈｏｃｋ?ａｂｓｏｒｂｅｒ??曲柄连杆式馈能悬架是在传统悬架的基础上增加了－套曲柄连杆机构，如图１－４所??示，将车轮的往复运动转变成曲柄的旋转运动，进而带动电机发电。??曲柄连杆式馈能悬架由于增加了一套曲柄连杆机构，造成馈能悬架过于臃肿，且机??构复杂，安装性较差，曲柄连杆式馈能悬架由于没有取消传统减振器，能量回收效率较??低。由于曲柄连杆机构反应较慢，不能及时、有效地缓解路面不平对车身造成的冲击。??Ｅｌｅｃ，?〇?ＪＯ?＼??５?Ｏｕｔｐｕｔ?〇〇〇?＼??Ｗ＼?Ｊ，?Ｔ＾ｖ＼＿??＾￣ＴＶ?－?＼?Ｖ??图１－４曲柄连杆式馈能悬架??Ｆｉｇ．?ｌ－４Ｃｒａｎｋ?－?ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ?ｒｏｄ?ｔｙｐｅ?ｓｈｏｃｋ?ａｂｓｏｒｂｅｒ??１－底盘支■＾点２－输入连杆３－扭矩连杆４－超越离合器??５－电机转子６－装配支撑件７－铰链??６??

轮胎??路面??图１－３齿轮齿条式馈能悬架??Ｆｉｇ．?１－３?Ｇｅａｒ?ｒａｃｋ?ｔｙｐｅ?ｓｈｏｃｋ?ａｂｓｏｒｂｅｒ??曲柄连杆式馈能悬架是在传统悬架的基础上增加了－套曲柄连杆机构，如图１－４所??示，将车轮的往复运动转变成曲柄的旋转运动，进而带动电机发电。??曲柄连杆式馈能悬架由于增加了一套曲柄连杆机构，造成馈能悬架过于臃肿，且机??构复杂，安装性较差，曲柄连杆式馈能悬架由于没有取消传统减振器，能量回收效率较??低。由于曲柄连杆机构反应较慢，不能及时、有效地缓解路面不平对车身造成的冲击。??Ｅｌｅｃ，?〇?ＪＯ?＼??５?Ｏｕｔｐｕｔ?〇〇〇?＼??Ｗ＼?Ｊ，?Ｔ＾ｖ＼＿??＾￣ＴＶ?－?＼?

架《和磁流变式的馈能悬架［８＼??电磁线圈感应式馈能悬架，利用永磁体和线圈构成的能量匈收装置代替传统的液压??减振器，如图１－５所示。当车轮和车身相对振动时，永磁体会上下移动切割线＿，相当??于线圈在磁场中切割磁感线，从而产生电能，并通过整流器总成将交流电变成直流电，??储存在蓄电池当中。??电磁线圈感应式馈能悬架有许多缺点ｆ受到线圈和磁极安装和布置的影响，可以提??供的阻尼力范围较小；由于磁极和线圈所占空间较大，安装性较差；磁极间气隙较大，??进而导致励磁线圈和馈能线圈的铜损很大，馈能效率低；当路面冲击过大，会造成磁极??相互碰撞，进而导致悬架损坏。??５?６?７?８??ｉ?［！ｉ＾?ｔ［?１－??图１－５电磁线圈感应式馈能悬架??Ｆｉｇ．?１－５?Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｃｏｉｌ?ｓｈｏｃｋ?ａｂｓｏｒｂｅｒ??１?－轮胎等效弹黃２－非黃载质量３－励磁永磁体４－蓄电池??５－悬架弹簧６－簧载质量７－馈能线圈８－整流器总成??直线电机式的馈能悬架是用直线电机代替传统的减振器，如图１－６所示。直线电机??式的馈能悬架相对于电磁感应式的馈能悬架少去了整流桥，线圈永磁体等中间装置，将??车身和车轮之间的相对运动的振动能量直接换成电能储存起来。同时由于直线电机内部??的线圈切割磁感线
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本文编号：2884180