四轮独立驱动电动汽车电磁主动悬架优化设计与性能分析研究

发布时间：2017-09-17 18:01

  本文关键词：四轮独立驱动电动汽车电磁主动悬架优化设计与性能分析研究

  更多相关文章： 电动汽车 电磁主动悬架 作动器 多目标优化 电磁力

【摘要】：随着汽车工业迅速发展,人类面临严峻的能源与环境挑战,以电动汽车为代表的新能源汽车是实现交通可持续发展的最佳选择,四轮独立驱动电动汽车已被视为电动汽车的最终驱动形式,但由于其特殊的动力布置形式,使整车非簧载质量增加,整车平顺性与操纵稳定性下降。悬架系统直接影响汽车在行驶过程中的平顺性、操纵稳定性等性能,主动悬架系统可提供主动力保证汽车在各工况悬架性能最优,电磁主动悬架以其响应速度快、结构简单、控制精度高等特点成为主动悬架系统作动器的首选。本文基于某电动汽车驱动轮,设计一款具有较好动力学响应特性,结构紧凑及输出推力平稳的电磁主动悬架作动器,从作动器本体参数及磁场理论仿真模型入手,基于作动器灵敏度分析,采用多目标粒子优化算法,探索主动悬架电磁作动器最优设计理论与方法。论文主要研究内容如下:(1)基于驱动轮设计需求,采用磁体排列为Halbach的永磁同步直线电机作为电磁主动悬架作动器,提出电磁主动悬架设计方案,基于电机设计标准及直线电机特性,初步确定悬架作动器的结构设计参数,为电磁作动器后续分析奠定了基础。(2)利用磁通密度矢量公式,采用微分方程及解贝塞尔函数对作动器进行理论解析分析,建立理论解析模型,利用ANSOFT软件对作动器电磁场进行了理论分析,并采用有限元方法对理论模型进行了验证。采用Morris局部灵敏度分析法,对作动器结构进行局部灵敏度分析,获取了作动器主要结构设计参数,为作动器优化设计提供了依据。(3)采用多目标粒子群优化算法,以作动器主要结构设计参数为优化变量,以作动器动力学特性及损耗为优化目标,对电磁作动器进行了多目标优化设计,获取作动器优化结构参数Pareto解集,基于模糊集合理论确定作动器最优结构参数,研究结果表明,优化后铜耗系数下降20.1%,推力体积比提高8.1%,电磁力波动比降低56.1%(4)基于电磁直线作动器本体特征,对作动器工作状态下推力波动机理进行分析,明确了齿槽力与边端力的影响,提出有效减少推力波动减少的措施,研究结果表明:优化后结构参数在两侧边端厚度为2.8mm时,作动器推力波动降低至2.4%。
【关键词】：电动汽车 电磁主动悬架 作动器 多目标优化 电磁力
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;U463.33
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状分析9-13
• 1.2.1 主动悬架作动器研究现状9-11
• 1.2.2 电磁主动悬架作动器优化设计研究现状11-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-16
• 2 电磁主动悬架原理及结构设计16-30
• 2.1 电磁主动悬架工作原理16-17
• 2.2 四轮独立驱动电动汽车电磁主动悬架设计方案17-19
• 2.3 电磁主动悬架结构设计19-28
• 2.3.1 永磁体材料的选取20-21
• 2.3.2 初级次级材料的选取21-22
• 2.3.3 Halbach阵列结构22-23
• 2.3.4 初级次级内外径设计23-24
• 2.3.5 初级槽形及参数初步设计24-25
• 2.3.6 作动器槽数与极对数设计25-26
• 2.3.7 永磁体尺寸设计26-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 电磁作动器的分析模型及灵敏度分析30-48
• 3.1 Halbach圆筒型永磁同步直线作动器分析模型30-41
• 3.1.1 电磁场理论分析模型30-37
• 3.1.2 基于ANSOFT电磁场有限元分析模型37-40
• 3.1.3 理论分析模型的验证40-41
• 3.2 电磁作动器结构参数灵敏度分析41-46
• 3.2.1 Morris局部灵敏度分析法42-43
• 3.2.2 作动器参数局部灵敏度分析43-46
• 3.3 本章小结46-48
• 4 主动悬架电磁作动器多目标优化设计48-64
• 4.1 多目标粒子群优化算法理论48-54
• 4.1.1 多目标优化概念48-50
• 4.1.2 标准粒子群优化算法50-52
• 4.1.3 多目标粒子群优化算法52-54
• 4.2 基于径向气隙磁场的磁体结构参数化分析54-55
• 4.3 电磁作动器多目标粒子群优化算法设计55-58
• 4.3.1 优化问题描述55
• 4.3.2 目标函数55
• 4.3.3 约束条件55-56
• 4.3.4 基于自适应惩罚函数的多目标随机粒子群优化算法56-58
• 4.4 优化结果分析58-63
• 4.4.1 作动器优化过程及结果58-60
• 4.4.2 基于模糊集合理论的Pareto解优选60-61
• 4.4.3 电磁作动器的性能分析61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 电磁主动悬架作动器推力波动分析及优化64-72
• 5.1 电磁直线作动器推力波动分析64-65
• 5.2 直线作动器推力波动机理分析65-68
• 5.2.1 直线作动器齿槽力分析65-67
• 5.2.2 直线作动器边端力分析67-68
• 5.3 优化前后直线作动器结构改进设计与推力波动分析68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 论文主要工作和结论72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录82
• A. 作者在攻读学位期间获得的论文及专利82
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目82

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本文编号：870885