直线电机馈能悬架控制系统设计与馈能分析

《基于压电效应的馈能式悬架机电能量转换研究》篇一一、引言随着新能源汽车与智能化驾驶技术的不断发展，车辆的节能与高效利用能源问题成为重要的研究方向。

在汽车工程中，悬架系统作为车辆行驶过程中的重要组成部分，其能量消耗不容忽视。

因此，研究基于压电效应的馈能式悬架机电能量转换技术，旨在将悬架系统中的振动能量转化为可利用的电能，具有显著的现实意义和应用价值。

二、压电效应与馈能式悬架压电效应是指某些电介质在受到一定方向外力作用时，其内部产生极化现象，从而导致两端表面出现符号相反的束缚电荷。

利用这一原理，我们可以将汽车悬架系统中的振动能量转化为电能。

馈能式悬架是一种新型的悬架系统，它通过将压电材料应用于悬架结构中，实现了振动能量的收集与利用。

三、馈能式悬架的机电能量转换原理馈能式悬架的机电能量转换主要依赖于压电材料的正压电效应。

当汽车行驶过程中，悬架系统产生振动时，压电材料受到周期性应力作用，从而在材料内部产生电荷。

这些电荷通过电路连接，最终转化为可利用的电能。

此外，通过优化电路设计、提高压电材料的性能以及改进悬架结构等方式，可以有效提高机电能量转换的效率。

四、机电能量转换技术研究针对馈能式悬架的机电能量转换技术，研究主要围绕以下几个方面展开：1. 压电材料研究：探索具有高灵敏度、高能量密度的压电材料，以提高机电能量转换的效率。

2. 电路设计优化：通过优化电路参数、降低内阻等方式，提高电能输出的质量和效率。

3. 悬架结构改进：针对不同车型和驾驶需求，设计合理的悬架结构，以实现更好的振动能量收集效果。

4. 能量管理策略：研究如何有效地储存、管理和利用收集到的电能，以实现能量的高效利用。

五、实验研究与结果分析为了验证基于压电效应的馈能式悬架机电能量转换技术的可行性，我们进行了实验研究。

通过在实车上进行测试，我们发现：1. 馈能式悬架能够有效将振动能量转化为电能，且输出电能随振动强度的增加而增加。

2. 通过优化压电材料和电路设计，可以有效提高机电能量转换的效率。

工业技术幸福生活指南 2019年第29期105幸福生活指南主动悬架的直线电机作动器控制系统分析邓 波南京王行航空附件维修工程有限公司 江苏 南京 210000摘 要：在对直线电机的直接推力进行控制的过程中，其采取的方法是以主动悬架控制系统为主，所设置的控制器主要包括了两种，分别是直线电机直接推力控制器、主动悬架最优控制器。

在结合这两种控制器时，就可以构成为主动悬架电磁作动器控制系统。

基于此，本文从主动现价最优控制器和直线电机直接推力控制器这两个方面对主动悬架的直线电气作动器控制系统进行了分析。

关键词：主动悬架；直线电机作动器；直接推力控制一、主动悬架最优控制器的设计 本文主要是对1/4车模型主动悬架控制系统的设计进行了研究分析，并且一次为基础，建立了相应的模型，针对悬架系统的设计，主要假设如下： ①不管是悬挂质量还是非悬挂质量，都是属于刚体；②在悬架系统中，具有着线性刚度的特点；③在实际工作中，对于悬架而言，不能与缓冲块发生碰撞现象；④在汽车行驶的过程中，轮胎要具备线性刚度，始终与地面进行接触。

1/4车模型的主动悬架控制系统包含了双质量，分贝为弹簧和作动器，因此又被称作为二自由度振动系统，其中对于直线交流感应电机而言，就被称作为作动器。

图中字符的含义如下： m s ——簧上质量；m u ——簧下质量；z r ——路面激励；u ——作动器所产生的电磁力；K s ——悬架刚度；z u ——非悬挂质量位移；z s ——悬挂质量位移。

按照牛顿的第二定律，在1/4主动悬架系统中，所构建的动力学方程为： ()()()u z z K z z Z m u z z K Z m r u t s u s u us s s s −=−+−+=−+K u &&&& 在动力学方程中，其中包括了状态变量和输出变量。

其中状态变量包括了s Z &、uz 、u Z &、s z ，分别表示为振动速度、非悬挂质量位移、振动速度及悬挂质量位移，由此可以知道状态向量的公式表示为：[]Tu u s Z ,z ,Z ,Z X &&s =，而对于控制输入向量，是用[]u =U 进行表示，对于路面扰动而言，表示为[]r Z W =。

馈能悬架可行性分析引言馈能悬架（Energy harvesting suspension）是一种利用车辆行驶过程中的振动能量来发电的技术，可以为汽车提供更稳定的悬挂系统同时减少碳排放。

本文将对馈能悬架的可行性进行分析，探讨其在实际应用中的优劣势。

馈能悬架的原理馈能悬架主要包括悬架系统和发电装置两部分。

悬架系统通过弹簧和减震器来吸收和控制车辆行驶过程中的振动。

发电装置利用这些振动能量通过电磁感应原理或压电效应原理将其转化为电能。

馈能悬架的发电装置通常由电磁感应发电机或压电发电机构成。

电磁感应发电机通过由磁场和导体之间的相对运动产生的电磁感应来产生电能。

压电发电机则利用在压力作用下产生电荷分布不均匀而产生电能。

馈能悬架的优势节能减排馈能悬架可以将车辆行驶过程中的振动能量转化为电能，从而降低对传统动力系统的依赖。

这将有助于改善燃油经济性和减少尾气排放，对环保和可持续发展是一个积极的贡献。

提高行驶舒适性馈能悬架可以更好地控制车辆的悬挂系统，使得车辆在行驶过程中更加稳定平顺。

这将提高乘车舒适性，减少驾驶员和乘客的疲劳感，有利于长时间驾驶的安全性。

降低零件磨损和维修成本馈能悬架能够减少车辆在行驶过程中的振动和冲击，从而减少悬挂系统和其他相关部件的磨损。

这将延长车辆的使用寿命，并降低维修和更换零件的成本。

馈能悬架的挑战技术难题馈能悬架涉及到多个技术领域，包括机械、电子和材料等。

各个部分之间的协同工作和融合提出了挑战。

确保发电装置的高效转化和稳定性，以及对车辆悬挂系统的影响等问题都需要解决。

复杂的设计和控制馈能悬架系统需要更加复杂和精细的设计和控制。

需要考虑到悬架系统的弹性特性、能量转化效率、电能的储存以及与车辆动力系统的协同等方面。

这将增加系统的成本和复杂度。

成本和实用性问题馈能悬架的制造和安装成本较高，对于现有的车辆来说改装也有一定的难度。

此外，馈能悬架技术的实际应用在现实世界中还需要解决一些实用性问题，例如如何应对不同路况的振动和车辆的动态响应等。

电磁馈能式悬架方案设计与节能分析随着科技的进步，电磁馈能式悬架方案的应用越来越广泛，因为它能够提供更好的行驶舒适度和更高的悬架可靠性。

本文将分析电磁馈能式悬架方案的设计和节能性能。

设计方案电磁馈能式悬架是一种基于磁悬浮技术的新型悬架方案，它利用电磁力和永磁力来悬浮车身，从而有效地减少了车辆行驶时与地面的摩擦力。

其主要组成部分包括电磁铁、永磁体、控制器和传感器等。

设计一个电磁馈能式悬架方案需要考虑以下因素：1.悬架的质量和体积：悬架的质量应尽量轻，以减小车辆的自重，从而减小车辆的能耗。

2.永磁体的选择：永磁体应具有足够的磁力，以提供足够的悬浮力，同时也应具有高温度稳定性和长寿命。

3.电磁铁的设计：电磁铁应具有足够的绕组数和电流，以提供足够的电磁力，并且在高速行驶时的热量应得到合理的处理。

4.控制器和传感器的设计：控制器和传感器应能够实时监测车辆的位置和速度，并通过调节电磁铁的电流和永磁体的位置来实现适当的悬浮力。

节能分析相对于传统的液压式悬架，电磁馈能式悬架具有显著的节能优势，主要体现在以下几个方面：1.减小行驶阻力：由于车辆的自重得到减轻，因此行驶阻力也将得到减小。

2.提高车辆能效：由于电磁馈能式悬架能够提供更好的行驶舒适度和更高的悬架可靠性，因此车辆的能效也将得到提高。

3.减少液压损耗：传统的液压式悬架需要通过液压泵和液压缸等部件来实现悬浮，这些部件会带来相应的液压损耗，而电磁馈能式悬架则无需这些部件，可以减少液压损耗。

4.提高能量回收效率：电磁馈能式悬架可以通过车轮负荷的涨落来产生电能，这些能量可以被回收到动力系统中，从而提高车辆的能量利用效率。

总之，电磁馈能式悬架方案的设计和节能性能需要综合考虑多方面因素，它在未来将会成为汽车行业的重要发展方向。

电磁馈能式悬架方案相较于传统悬架方案具有更优秀的性能，不仅存在在节能方面的优秀表现，更为优秀的悬浮性能，让行驶变得更加平稳。

因此，在新能源汽车、高铁等领域，电磁馈能式悬架已成为重点研究对象。

《基于压电效应的馈能式悬架机电能量转换研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，对汽车的安全性和舒适性要求日益提高。

悬架系统作为汽车的重要组成部分，其性能直接影响到汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。

传统的液压和机械式悬架系统虽然已经取得了显著的成果，但仍然存在能量消耗大、无法有效利用再生能源等问题。

因此，研究新型的馈能式悬架系统，特别是基于压电效应的机电能量转换技术，对于提高汽车性能和实现绿色环保具有重要意义。

二、压电效应与馈能式悬架系统压电效应是指某些电介质在受到外力作用时，其内部正负电荷中心发生相对位移，从而产生电极化的现象。

利用这一原理，我们可以将机械能转化为电能。

在汽车悬架系统中，通过将压电材料应用于悬架结构，可以实现机械能与电能的转换，为车辆提供能量回收功能。

馈能式悬架系统通过感应路面的不平度、车身的振动等信号，将这些信号转化为电能。

与传统的被动式悬架相比，馈能式悬架具有更高的能量利用效率和更好的减振性能。

此外，通过回收利用车辆行驶过程中产生的能量，馈能式悬架还可以为车载电器提供额外的能源支持。

三、基于压电效应的机电能量转换研究（一）压电材料的选择与应用在馈能式悬架系统中，压电材料的选择至关重要。

目前，常见的压电材料包括PZT（铅锌铋钛酸盐）和PVDF（聚偏二氟乙烯）等。

这些材料具有高灵敏度、高能量密度和良好的稳定性等特点，适用于汽车悬架系统的能量回收。

在应用过程中，需要将压电材料与悬架结构进行优化设计，以实现最佳的能量转换效果。

（二）机电能量转换原理基于压电效应的机电能量转换原理主要分为两个过程：一是将机械能转化为电能的过程；二是将电能用于驱动悬架系统实现减振的过程。

在第一个过程中，当车辆行驶过程中产生振动时，压电材料受到外力作用产生电极化现象，从而将机械能转化为电能。

在第二个过程中，通过控制器将电能转换为驱动信号，驱动执行机构实现悬架系统的减振功能。

（三）实验研究与性能分析为了验证基于压电效应的馈能式悬架系统的性能，我们进行了大量的实验研究。

电动汽车底盘悬架控制系统设计与实现研究随着人们对环境保护和能源消耗的关注度不断提高，电动汽车逐渐成为了趋势和发展方向。

而底盘悬架控制系统的设计和实现对于车辆的性能和驾驶体验有着重要的影响。

本文将探讨电动汽车底盘悬架控制系统的设计与实现研究。

一、悬架结构设计悬架结构是底盘悬架控制系统的关键部分，其主要功能是支撑车身，减缓路面震动，并保持车轮与地面接触。

因此，其设计需要考虑到多个因素，如车辆重量，车速，路面情况等。

可以采用独立悬架或半独立悬架等设计方案，以确保悬架系统能够适应不同的驾驶条件。

二、悬架控制系统设计悬架控制系统是底盘悬架控制系统的核心部分，其主要功能是通过传感器监测车辆状态，根据驾驶需求和路面情况，对悬架系统实现精确和快速的控制，提高车辆的性能和稳定性。

常见的悬架控制系统有主动悬架和半主动悬架两种。

1.主动悬架主动悬架控制系统可以实现悬架的主动调节和控制，其运作原理是在车身上加装可调式悬挂器和自动调整装置，将车身重力、惯性和加速度切实地控制在一个合理的范围内，从而提高了车辆的性能和驾驶体验。

2.半主动悬架半主动悬架控制系统通过在悬架系统上增加可调式阻尼器和变压器，实现悬架的主动调节和控制。

其优点是投资少，难度小，适用范围广。

其缺点在于对汽车的轻重和驾驶情况要求高。

三、悬架控制算法底盘悬架控制系统的核心是悬架控制算法的设计，其目的是在驾驶员和车辆之间实现准确的信息交换和平衡点控制，并且能自适应不同路面状况和驾驶风格。

常见的悬架控制算法有PID控制算法和模糊控制算法。

1.PID控制算法PID控制算法通过比较实际输出值和目标值的误差，计算误差大小、时间间隔和变化率，并通过反馈、提前、积分等控制措施对误差进行调整，从而实现精细的悬架控制和运动响应。

2.模糊控制算法模糊控制算法通过模糊集合、模糊推理和模糊运算等手段，将复杂的实时运动控制问题转换为已知参数控制问题，从而实现悬架控制的高效率和高精度。

《馈能悬架阻尼特性与车身姿态控制研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车的安全性和舒适性越来越受到人们的关注。

馈能悬架作为一种新型的悬架系统，具有较高的阻尼特性和优秀的车身姿态控制能力，能够有效地提高汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。

本文旨在研究馈能悬架的阻尼特性及其在车身姿态控制方面的应用，以期为汽车工程领域的进一步发展提供参考。

二、馈能悬架的基本原理及特点馈能悬架是一种利用电磁原理或液压原理进行能量回馈的悬架系统。

其基本原理是通过传感器检测路面状况和车身姿态，然后通过控制器对悬架系统进行实时调节，使车身保持稳定。

馈能悬架具有以下特点：1. 阻尼特性好：馈能悬架能够根据路面状况和车身姿态实时调节阻尼力，使车辆在行驶过程中保持稳定。

2. 能量回馈：馈能悬架能够将部分振动能量转化为电能或液压能进行回馈，提高能量利用效率。

3. 适应性强：馈能悬架能够适应不同路况和驾驶需求，提供个性化的驾驶体验。

三、馈能悬架阻尼特性的研究馈能悬架的阻尼特性是影响其性能的关键因素之一。

本文通过对馈能悬架的阻尼力进行实验研究，分析了其阻尼特性的影响因素及变化规律。

1. 影响因素：馈能悬架的阻尼力受路面状况、车速、车身姿态等因素的影响。

其中，路面状况是影响阻尼力的主要因素，不同路况下，悬架系统需要不同的阻尼力来保持车身稳定。

2. 变化规律：通过对不同路况下的馈能悬架进行实验，发现其阻尼力随车速和路面状况的变化而变化。

在不平坦的路面上，悬架系统需要更大的阻尼力来抵抗振动，保持车身稳定。

四、馈能悬架在车身姿态控制方面的应用馈能悬架在车身姿态控制方面具有显著的优势。

通过实时调节悬架系统的阻尼力和刚度，馈能悬架能够使车身在行驶过程中保持稳定，提高汽车的行驶安全性和乘坐舒适性。

1. 动态调节：馈能悬架能够根据路面状况和车速实时调节阻尼力和刚度，使车身在行驶过程中保持平衡。

2. 稳定性增强：通过优化馈能悬架的控制系统，可以提高汽车的行驶稳定性，减少侧倾和俯仰等不良姿态。

《基于压电效应的馈能式悬架机电能量转换研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，车辆行驶的平稳性、舒适性以及能源利用效率等问题逐渐成为研究的热点。

其中，悬架系统作为汽车行驶过程中对路面信息进行吸收与处理的重要部分，其性能的优化与能量的高效利用显得尤为重要。

近年来，基于压电效应的馈能式悬架系统成为了研究的焦点，其通过将振动能量转换为电能，实现了能量的回收与再利用。

本文旨在研究基于压电效应的馈能式悬架系统的机电能量转换过程及其应用。

二、压电效应与馈能式悬架系统压电效应是指某些电介质在受到外力作用时，其内部正负电荷中心产生相对位移，导致材料两端表面出现符号相反的电荷，从而产生电能的现象。

而馈能式悬架系统则是利用这一原理，将车辆行驶过程中的振动能量转换为电能，实现能量的回收与再利用。

三、机电能量转换研究（一）系统结构与工作原理基于压电效应的馈能式悬架系统主要由压电材料、振动能量采集器、能量转换器等部分组成。

当车辆行驶过程中，路面信息通过轮胎传递至悬架系统，引起悬架的振动。

这种振动通过压电材料转换为电能，经过能量采集器进行收集与处理，最终通过能量转换器进行储存与再利用。

（二）能量转换过程研究在机电能量转换过程中，关键在于如何将振动能量有效地转换为电能。

这需要研究压电材料的性能、振动频率与幅度的关系、能量采集器的设计等因素。

通过对这些因素的研究与优化，可以提高能量的转换效率，实现能量的最大化回收与再利用。

（三）应用领域拓展除了在汽车悬架系统中应用外，基于压电效应的馈能式系统还可以应用于其他领域，如建筑结构减震、桥梁振动控制等。

通过将这种系统应用于这些领域，可以实现结构的减震与能量的回收再利用，提高结构的安全性与稳定性。

四、实验研究与结果分析为了验证基于压电效应的馈能式悬架系统的性能及其能量转换效率，我们进行了大量的实验研究。

通过对不同路面信息、不同速度下的车辆进行实验测试，我们发现该系统的能量转换效率得到了显著提高。

第４５卷第４期２０２３年７月沈　阳　工　业　大　学　学　报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ ４５Ｎｏ ４Ｊｕｌ ２０２３收稿日期：２０２２－１０－１１．基金项目：国家自然科学基金项目（５２００５３４５，５２００５３４４）；国家重点研发计划项目（２０２０ＹＦＣ２００６７０１）；辽宁省教育厅项目（ＬＦＧＤ２０２０００２）；辽宁省“揭榜挂帅”科技重大专项（２０２２ＪＨ１／１０４０００２７０）．作者简介：于学斌（１９７９－），男，辽宁沈阳人，副教授，硕士，主要从事工业设计等方面的研究．ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０２３．０４．１２直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析于学斌，陈佳兴，周　冉，王　聪，金俊杰，徐方超，孙　凤（沈阳工业大学机械工程学院，沈阳１１０８７０）摘　要：针对传统被动悬架无法将振动产生的能量充分利用的问题，提出了一种直线电机式馈能悬架，并探究了该悬架的馈能特性．建立１／４车动力学模型，以正弦路面作为输入激励推导出影响馈能的悬架系统参数；以感应电动势为指标，基于直线电机式馈能悬架模型，采用控制变量法对悬架系统参数进行仿真分析；通过搭建的１／４车悬架实验平台进行实验验证．结果表明，簧载质量、非簧载质量和弹簧刚度与直线电机产生的感应电动势呈负相关，轮胎刚度与直线电机产生的感应电动势呈正相关．关　键　词：直线电机；电磁悬架；馈能悬架；能量流动；馈能特性；控制变量法；感应电动势；台架实验中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２３）０４－０４２８－０８Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｔｙｐｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＹＵＸｕｅ ｂｉｎ，ＣＨＥＮＪｉａ ｘｉｎｇ，ＺＨＯＵＲａｎ，ＷＡＮＧＣｏｎｇ，ＪＩＮＪｕｎ ｊｉｅ，ＸＵＦａｎｇ ｃｈａｏ，ＳＵＮＦｅｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐａｓｓｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｃａｎｎｏｔｕｔｉｌｉｚｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｔｙｐｅｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｑｕａｒｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅｄｅｒｉｖｅｄｕｎｄｅｒｓｉｎｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔａｋｉｎｇｔｈｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅａｓｔｈｅｉｎｄｅｘａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｔｙｐｅｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈａｃｏｎｔｒｏｌｖａｒｉａｔｅｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｕｓｉｎｇｂｙａｑｕａｒｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐｒｕｎｇｍａｓｓ，ｕｎｓｐｒｕｎｇｍａｓｓａｎｄｓｐｒｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｒｅｎｅｇａｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ，ａｎｄｔｈｅｔｉｒｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙｆｌｏｗ；ｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｃｏｎｔｒｏｌｖａｒｉａｔｅｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅ；ｂｅｎｃｈｔｅｓｔ 汽车在行驶过程中，由于路面激励会导致车身振动．悬架可以减缓路面激励带来的振动，保证车辆的乘坐舒适性．传统的被动悬架将悬架振动产生的能量以热能的形式耗散，既造成了资源的浪费，又会影响悬架的使用寿命［１－３］．馈能悬架按照馈能装置类型分为液压式馈能悬架［４］、压电式馈能悬架［５］、电磁式馈能悬架［６－７］，可以将悬架振动产生的能量转化成电能，以达到汽车节能的目的．因此，国内外学者对馈能悬架及能量回收潜力进行了广泛的研究．Ｃａｂａｎ［８］验证了乘用车的馈能潜力为１５０Ｗ，馈能功率均方根值与汽车行驶路面等级成正比，结果表明，悬架能量回收系统在Copyright ©博看网. All Rights Reserved.传统燃油车和新能源汽车方面具有一定的应用潜力；Ｓａｍｎ等［９］设计了一款液压式能量再生减振器来替代传统悬架中的被动阻尼器，分析了减振器尺寸对馈能效率的影响；Ｍｏｈａｍｅｄ［１０］模拟分析了不同类型的汽车悬架系统浪费的能量，通过仿真分析发现悬架馈能效率与行驶路面、行驶车速、轮胎刚度密切相关；Ｚｈｅｎｇ等［１１］研究了被动悬架通过阻尼器的能量消耗和主动悬架能量需求，展示了馈能悬架的潜在应用价值并探究了能量再生方式的可行性；汪若尘等［１２］针对液压互联悬架无法达到最优工况的问题，提出了一种具有多种模式的液压互联悬架，通过实验验证该悬架能够有效降低车身加速度和轮胎动载荷指标，提高了馈能效率；寇发荣等［１３］基于直线电机式主动悬架开展台架实验，指出在Ｃ级路面回收能量可达到百瓦级，Ｄ级路面回收能量可达到千瓦级，验证了直线电机式主动悬架的馈能潜力；秦博男等［１４］提出了一种新型液电式互联馈能悬架，通过对其馈能特性进行分析，发现在２Ｈｚ、３０ｍｍ的振动下，悬架的平均馈能功率可以达到８７５ ９Ｗ；张晗等［１５］基于一种馈能半主动悬架开展台架实验，结果表明，在Ｃ级路面、车速３０ｋｍ／ｈ的情况下，馈能功率可达到百瓦级，初步验证了馈能悬架在实际应用中的可行性；王虎［１６］提出了一种基于制动强度的电动汽车能量回收控制方法，通过搭建模糊控制器进行仿真分析，结果表明，采用模糊控制算法能有效提升能量的回收效率．本文针对悬架馈能的特点和需求，提出了一种直线电机式馈能悬架，分析了悬架的结构，建立了馈能悬架动力学模型，通过改变悬架系统不同参数，以悬架内部直线电机产生的感应电动势为指标进行仿真分析，并进行相关实验，验证了直线电机式馈能悬架馈能特性的合理性、准确性和实际工程的应用价值．１　馈能悬架的结构与工作原理１ １　直线电机式馈能悬架的结构悬架结构如图１所示．该馈能悬架主要由直线电机、弹簧和阻尼器并联构成．其中，直线电机主要由初级部分和次级部分构成．初级部分主要由绕组线圈、铁芯、电机外壳、电机上端盖和电机底座组成，初级部分与非簧载质量相连接．直线电机次级部分主要由永磁体、导磁环和磁铁杆组成，次级部分顶端与汽车车身相连接．当振动产生时，次级部分相对于初级部分在轴向做往复直线运动．图１　直线电机式馈能悬架结构Ｆｉｇ １　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ１ ２　馈能悬架的工作原理馈能悬架进行能量回收的理论依据是法拉第电磁感应定律，工作原理如图２所示．在汽车行驶过程中，路面可以看作是一个离散的激励源，持续的激励会引起汽车的振动．路面产生的冲击力首先传递给轮胎，轮胎吸收了部分振动的能量，剩余的振动能量将引起车身与非簧载质量之间产生相对运动，运动的线圈切割磁感线产生感应电流，进而馈能悬架将机械能转化为电能进行储存．图２　馈能悬架工作原理Ｆｉｇ ２　Ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ２　悬架建模与能量流向分析２ １　１／４馈能悬架系统动力学模型１／４馈能悬架的模型如图３所示．图３中，Ｆ为能量回收装置所产生的安培力，ｍ１、ｋ１分别为９２４第４期 于学斌，等：直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析Copyright©博看网. All Rights Reserved.簧载质量、弹簧刚度，ｍ２、ｋ２分别为非簧载质量、轮胎刚度，ｚ１、ｚ２分别为车身位移、车轮位移，ｃｓ为阻尼系数，ｑ为路面激励振幅．图３　１／４馈能悬架模型Ｆｉｇ ３　Ｑｕａｒｔｅｒｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌ根据图３建立一个２自由度馈能悬架系统的数学模型，即ｍ１¨ｚ１＝ｋ１（ｚ２－ｚ１）＋ｃｓ（ ｚ２－ ｚ１）＋Ｆｍ２¨ｚ２＝ｋ２（ｑ－ｘ２）－ｋ１（ｚ２－ｚ１）－ｃｓ（ ｚ２－ ｚ１）－{Ｆ　（１）２ ２　直线电机阻尼力模型假定直线电机为理想发电机，则直线电机产生的电压为ｅ＝ｋｅ ｚ３　（２）式中：ｋｅ为直线电机发电时的反电动势系数； ｚ３为悬架的运动速度．根据法拉第电磁感应定律，直线电机在馈能过程中产生的感应电动势为Ｅ＝ＢＬ ｚ１－２＝Ｌａ Ｉ＋（ＲＬ＋Ｒ）Ｉ　（３）式中：Ｂ为次级永磁体产生的磁感应强度；Ｉ为绕组线圈中的电流；Ｌ为绕组切割磁感线的长度；Ｌａ为直线电机绕组线圈的电感；Ｒ为绕组线圈的内阻；ＲＬ为负载电阻．直线电机发电时电磁阻尼力为Ｆｓ＝ＢＩＬ＝ｋｉＩ　（４）式中，ｋｉ为直线电机推力系数．在接入外电路负载时，闭合回路的电流为Ｉ＝ｅＲＬ＋Ｒ　（５）根据式（２）、（４）和（５）可得Ｆｓ＝ｋｉｋｅＲＬ＋Ｒ ｚ３　（６）此时，直线电机相当于阻尼可调的减振器．令ｃｇ＝ｋｉｋｅＲＬ＋Ｒ，则电机发电时阻尼力表达式为Ｆｓ＝ｃｇ ｚ３　（７）２ ３　馈能悬架的能量流向分析当悬架工作时即直线电机发电时，悬架系统的阻尼系数为直线电机电磁阻尼系数和阻尼器机械阻尼系数之和，即ｃｒ＝ｃｇ＋ｃｓ　（８）式中：ｃｇ为直线电机电磁阻尼系数；ｃｓ为阻尼器机械阻尼系数．汽车行驶在颠簸路面时，路面传递给汽车的能量一部分通过悬架的机械阻尼器将能量耗散在空气之中；另一部分能量则流向悬架的直线电机作动器，其中直线电机将振动产生的机械能转化为电能储存一部分能量，剩余能量则由直线电机在发电时损耗掉，能量流向如图４所示．图４　减振器能量流向Ｆｉｇ ４　Ｅｎｅｒｇｙｆｌｏｗｏｆｓｈｏｃｋａｂｓｏｒｂｅｒ 减振器中阻尼器耗散的能量为Ｑ１＝∫Ｔ０ｃｓ（ ｚ１－ ｚ２）２ｄｔ　（９）根据减振器能量流向可知，直线电机电路会损耗一部分能量．如果不考虑这部分能量损失，直线电机将这部分能量全部转化为电能，则直线电机产生的电能为Ｑ２＝∫Ｔ０ｃｇ（ ｚ１－ ｚ２）２ｄｔ　（１０）由式（１０）可知，阻尼器损耗的能量和直线电０３４沈　阳　工　业　大　学　学　报 第４５卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.机产生的电能均与馈能悬架相对速度的平方成正比．为了便于分析，将１／４悬架系统看成线性系统，选择正弦路面作为输入激励进行推导．悬架系统稳态位移响应为ｕ（ｔ）＝ｚ１－ｚ２＝Ａｓｉｎ（ωｔ－φ）　（１１）式中：Ａ为悬架稳态响应振幅；ω为角速度．悬架行程幅值为Ｚ＝ｋ２ｍ１ω２ＸΔω　（１２）式中，Ｘ为正弦路面激励输入幅值．直线电机式馈能悬架相对速度响应表达式为ｕ（ｔ）＝ ｚ１（ｔ）－ ｚ２（ｔ）＝ Ｑωｃｏｓ（ωｔ－φ）＝ｋ２ｍ１ω３ＸΔωｃｏｓ（ωｔ－φ）（１３）直线电机驱动式馈能悬架的总输入瞬时功率为Ｐ＝ｃｒ（ ｚ１－ ｚ２）２＝ ｃｒ（ｋ２ｍ１ω３Ｘ）２（Δω）２ｃｏｓ２（ωｔ－φ）（１４）Δω＝ｍ１ｍ２ａ＋ｂ槡２　（１５）ａ＝ω４－ｋ１ｍ１＋ｋ１＋ｋ２ｍ()２ω２＋ｋ１ｋ２ｍ１ｍ２　（１６）ｂ＝ｃｒｍ１＋ｃｒｍ()２ω３－ｃｒｋ２ｍ１ｍ２ω　（１７）由式（１４）～（１７）可知，影响馈能特性的悬架参数有簧载质量ｍ１、非簧载质量ｍ２、弹簧刚度ｋ１、轮胎刚度ｋ２．３　悬架参数对馈能特性影响的仿真分析 为了便于直观分析参数对直线电机式馈能悬架馈能特性的影响，令路面激励均为正弦激励，输入振幅Ｘ为６ｍｍ，输入频率ｆ为６Ｈｚ，仿真时间均为２ｓ．直线电机三相产生的感应电动势波形相同，选取Ｕ相产生的感应电动势，并输出电压进行仿真分析．３ １　簧载质量对馈能特性影响的仿真分析设定非簧载质量为ｍ２＝２０ｋｇ、弹簧刚度为ｋ１＝１１６６０Ｎ／ｍ、轮胎刚度ｋ２＝４３５０２Ｎ／ｍ，簧载质量ｍ１分别为２０、４０、６０、８０ｋｇ进行仿真，仿真结果如图５所示．由图５可知，当簧载质量为２０ｋｇ时，直线电机产生的感应电动势最大，随着簧载质量由２０ｋｇ逐渐增加至８０ｋｇ，直线电机产生的感应电动势逐渐减小，这是因为簧载质量越大，悬架相对位移就越小，直线电机的初级和次级部分相对运动就越小，产生的感应电动势就越小．图５　不同簧载质量的感应电动势Ｆｉｇ ５　Ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ３ ２　非簧载质量对馈能特性影响的仿真分析设定簧载质量ｍ１＝８０ｋｇ、弹簧刚度ｋ１＝１１６６０Ｎ／ｍ、轮胎刚度ｋ２＝４３５０２Ｎ／ｍ，非簧载质量ｍ２分别为２０、１５、１０、５ｋｇ进行仿真，仿真结果如图６所示．图６　不同非簧载质量的感应电动势Ｆｉｇ ６　Ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｎｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ由于仿真结果图６并不能直观体现不同非簧载质量对馈能特性的影响，可求出非簧载质量为２０、１５、１０、５ｋｇ分别对应感应电动势的最大值，结果如表１所示．表１　不同非簧载质量感应电动势的最大值Ｔａｂ １　Ｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｓｏｆｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｎｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ非簧载质量／ｋｇ感应电动势最大值／Ｖ２０１７ １１５１７ ４１０１７ ７５１７ ８ 根据表１可以得出，当非簧载质量为２０ｋｇ时，直线电机产生的感应电动势最小，随着非簧载质量由２０ｋｇ逐渐减小至５ｋｇ，直线电机产生的１３４第４期 于学斌，等：直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.感应电动势逐渐增大，这是因为非簧载质量减小使得与之相连接的直线电机初级行程增大，直线电机初级与次级部分相对位移增大，直线电机初级线圈切割磁感线增加，所以直线电机输出的感应电动势也增大．但是感应电动势增大的幅度并不十分明显，因为非簧载质量相对于整体馈能悬架系统的簧载质量和非簧载质量之和占比较小，所以在合理范围内改变非簧载质量对直线电机产生的感应电动势影响较小．３ ３　弹簧刚度对馈能特性影响的仿真分析设定簧载质量ｍ１＝８０ｋｇ、非簧载质量ｍ２＝２０ｋｇ、轮胎刚度ｋ２＝４３５０２Ｎ／ｍ，弹簧刚度ｋ１分别为１１６６０Ｎ／ｍ、９７１７Ｎ／ｍ进行仿真，仿真结果如图７所示．图７　不同弹簧刚度的感应电动势Ｆｉｇ ７　Ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ由于仿真结果图７并不能直观体现不同弹簧刚度对悬架系统馈能特性的影响，可求出弹簧刚度为１１６６０Ｎ／ｍ、９７１７Ｎ／ｍ分别对应感应电动势的最大值，结果如表２所示．表２　不同弹簧刚度感应电动势的最大值Ｔａｂ ２　Ｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｓｏｆｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ弹簧刚度／（Ｎ·ｍ－１）感应电动势最大值／Ｖ１１６６０１７ １９７１７１７ ５ 根据表２可知，当弹簧刚度为９７１７Ｎ／ｍ时，直线电机产生的感应电动势较大，其数值为１７ ５Ｖ，随着弹簧刚度增大为１１６６０Ｎ／ｍ，直线电机产生的感应电动势减小为１７ １Ｖ，这是因为弹簧刚度变大导致弹簧较硬，使得悬架的相对位移变小，直线电机的初级和次级部分相对运动也变小，直线电机初级线圈切割磁感线速度变小，从而产生的感应电动势也变小．但是两种弹簧刚度对应产生的感应电动势变化并不明显，这是因为弹簧刚度偏高，刚度变化相对于刚度系数高的弹簧产生的影响有限．３ ４　轮胎刚度对馈能特性影响的仿真分析设定簧载质量ｍ１＝８０ｋｇ、非簧载质量ｍ２＝２０ｋｇ、弹簧刚度ｋ１＝１１６６０Ｎ／ｍ，轮胎刚度ｋ２分别为４３５０２Ｎ／ｍ、３７２８７Ｎ／ｍ进行仿真，仿真结果如图８所示．图８　不同轮胎刚度的感应电动势Ｆｉｇ ８　Ｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｒｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓ由图８可知，当轮胎刚度为３７２８７Ｎ／ｍ时，直线电机产生的感应电动势较小，随着轮胎刚度增大为４３５０２Ｎ／ｍ，产生的感应电动势明显增大，这是因为轮胎刚度变大导致弹簧较硬，而较硬的弹簧对路面冲击无法起到明显减振的效果，导致路面的冲击会作用到馈能悬架系统上，从而使馈能悬架系统振动更明显，直线电机也能够产生更大的感应电动势．４　实验验证本实验主要探求直线电机驱动式悬架的馈能特性，即直线电机驱动式悬架在不同参数影响下持续输出感应电动势以及功率的大小，该悬架馈能实验系统如图９所示．４ １　簧载质量对馈能特性影响的实验验证将直线电机中的Ｕ相接入电阻箱，通过调节电阻箱的阻值模拟供电装置的阻值．汽车的蓄电池内阻会随着使用时间而发生变化，因此不是确定值．为了更直观地看出不同参数对外接负载电阻功率的影响，设置电阻箱阻值为１０Ω，通过计算得到不同悬架参数下负载的馈能功率．在定频正弦模块里，设置振幅Ｘ为６ｍｍ，频率ｆ为６Ｈｚ，保持非簧载质量ｍ２＝２０ｋｇ、弹簧刚度ｋ１＝１１６６０Ｎ／ｍ、轮胎刚度ｋ２＝４３５０２Ｎ／ｍ不变，簧载质量ｍ１分别为２０、４０、６０、８０ｋｇ进行实验，并将感应电动势与示波器测得的感应电动势进行均方根值求解，不同簧载质量对应的感应电动势均方根值如图１０所示．２３４沈　阳　工　业　大　学　学　报 第４５卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图９　直线电机式馈能悬架实验系统Ｆｉｇ ９　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｔｙｐｅｅｎｅｒｇｙ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ图１０　不同簧载质量的感应电动势均方根值Ｆｉｇ １０　ＲＭＳｖａｌｕｅｓｏｆｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ对二者进行比较得出误差并求出负载功率，不同簧载质量的感应电动势均方根值偏差如表３所示．表３　不同簧载质量的偏差与负载功率Ｔａｂ ３　Ｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｌｏａｄｐｏｗｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ簧载质量／ｋｇ电动势偏差／％负载功率／Ｗ２０１４ ９８４３ ６４４０１６ ４６１６ ７４６０１８ ４２１１ ０９８０２１ １３８ ８５ 由图１０和表３可知，随着簧载质量由２０ｋｇ增加至８０ｋｇ，悬架系统输出电压２１Ｖ减小至９ ７Ｖ，负载功率由４３ ６４Ｗ减小至８ ８５Ｗ，这是因为增加簧载质量会压缩悬架弹簧，使得悬架动行程减小，当受到路面冲击时，弹簧变形量减小，从而无法产生更多能量．４ ２　非簧载质量对馈能特性影响的实验验证在定频正弦模块里，设置振幅Ｘ为６ｍｍ，频率ｆ为６Ｈｚ，保持簧载质量ｍ１＝８０ｋｇ、弹簧刚度ｋ１＝１１６６０Ｎ／ｍ、轮胎刚度ｋ２＝４３５０２Ｎ／ｍ不变，非簧载质量ｍ２分别为２０、１５、１０、５ｋｇ进行实验，并将感应电动势与示波器测得的感应电动势进行均方根值求解，不同非簧载质量对应的感应电动势均方根值如图１１所示．图１１　不同非簧载质量的感应电动势均方根值Ｆｉｇ １１　ＲＭＳｖａｌｕｅｓｏｆｉｎｄｕｃｅｄｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｎｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ对二者进行比较得出误差并求出负载功率，不同非簧载质量的感应电动势均方根值偏差如表４所示．表４　不同非簧载质量的偏差与负载功率Ｔａｂ ４　Ｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｌｏａｄｐｏｗｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｎｓｐｒｕｎｇｍａｓｓｅｓ非簧载质量／ｋｇ电动势偏差／％负载功率／Ｗ５１７ ９６９ ３９１０１７ ８７９ ３７１５１３ ２５９ ３３２０１２ ８１９ ２２ 由图１１和表４可知，随着非簧载质量由２０ｋｇ减小至５ｋｇ，悬架系统输出电压９ ６Ｖ增大至９ ７Ｖ，负载功率由９ ２２Ｗ增大至９ ３９Ｗ，这是因为减小非簧载质量会拉伸悬架弹簧，增大悬架动行程，当受到路面冲击时，弹簧变形量增大，从而产生更多能量．因为非簧载质量在该悬架系统占比较小，所以对馈能效果的影响较小．３３４第４期 于学斌，等：直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.４ ３　弹簧刚度对馈能特性影响的实验验证在定频正弦模块里，设置振幅Ｘ为６ｍｍ，频率ｆ为６Ｈｚ，保持簧载质量ｍ１＝８０ｋｇ、非簧载质量ｍ２＝２０ｋｇ、轮胎刚度ｋ２＝４３５０２Ｎ／ｍ不变，弹簧刚度ｋ１分别为１１６６０Ｎ／ｍ、９７１７Ｎ／ｍ进行实验，并将感应电动势与示波器测得的感应电动势进行均方根值求解，对二者进行比较得出误差，不同弹簧刚度的感应电动势均方根值偏差如表５所示．表５　不同弹簧刚度的偏差与负载功率Ｔａｂ ５　Ｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｌｏａｄｐｏｗｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｒｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ弹簧刚度／（Ｎ·ｍ－１）仿真电动势／Ｖ实验电动势／Ｖ电动势偏差／％负载功率／Ｗ１１６６０１０ ８０８ ６７２４ ５７７ ５２９７１７１０ ８５８ ６８２５ ００７ ５３ 由表５可知，随着弹簧刚度由１１６６０Ｎ／ｍ减小至９７１７Ｎ／ｍ时，悬架系统输出电压由８ ６７Ｖ略微增大至８ ６８Ｖ，负载功率由７ ５２Ｗ略微增大至７ ５３Ｗ，是因为弹簧刚度与簧载质量均比较大，适当减小弹簧刚度对系统振动的固有频率改变极小，悬架系统仍能保持较好的幅频特性，对悬架系统馈能产生的影响十分有限，因此适当改变弹簧刚度对馈能效果影响不大．４ ４　轮胎刚度对馈能特性影响的实验验证在定频正弦模块里，设置振幅Ｘ为６ｍｍ，频率ｆ为６Ｈｚ，保持簧载质量ｍ１＝８０ｋｇ、非簧载质量ｍ２＝２０ｋｇ、悬架刚度ｋ１＝１１６６０Ｎ／ｍ不变，轮胎刚度ｋ２分别为４３５０２Ｎ／ｍ、３７２８７Ｎ／ｍ进行实验，并将前文仿真的感应电动势与示波器测得的感应电动势进行均方根值求解，对二者进行比较得出误差，不同轮胎刚度的感应电动势均方根值偏差如表６所示．表６　不同轮胎刚度的偏差与负载功率Ｔａｂ ６　Ｄｅｖｉａｔｉｏｎａｎｄｌｏａｄｐｏｗｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｒｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓ轮胎刚度／（Ｎ·ｍ－１）仿真电动势／Ｖ实验电动势／Ｖ电动势偏差／％负载功率／Ｗ４３５０２１０ ６１８ ４２２６ ００７ ０９３７２８７８ ３５６ ０８３７ ３３３ ７０ 由表６可知，随着轮胎刚度由４３５０２Ｎ／ｍ减小至３７２８７Ｎ／ｍ时，悬架系统输出电压由８ ４２Ｖ降低至６ ０８Ｖ，负载功率由７ ０９Ｗ降低至３ ７０Ｗ，这是因为实验轮胎刚度较小且非簧载质量较大，轮胎刚度变化会直接影响悬架系统的振动特性．当车轮振动固有频率接近激振频率时，轮胎无法减弱路面冲击，冲击产生的振动传递到悬架弹簧，因此悬架弹簧会产生较大形变，进而悬架系统会输出更高的电压、产生更高的功率．５　结　论本文提出一种直线电机式馈能悬架，将悬架振动势能转化为电能以提高汽车的能量利用率，并探究了该悬架的馈能特性，得出如下结论：１）介绍了直线电机驱动式馈能悬架的结构以及工作原理，建立馈能悬架的数学模型，并通过能量流向推导出影响悬架馈能特性的参数；２）以６ｍｍ、６Ｈｚ的正弦激励作为路面输入，使用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件对馈能悬架系统不同参数进行仿真分析，分析了不同悬架参数对感应电动势的影响；３）搭建了直线电机式馈能悬架的原理样机，对悬架馈能特性进行分析，实验结果和仿真模拟的契合度较高，验证了所建立模型的准确性．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＺｈｏｕＲ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎｓｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｎｄｉｔｓｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｅｌｆ ｐｏｗｅｒｅｄｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２０２２，２３９：１－８．［２］ＺｈｏｕＲ，ＳｕｎＦ，ＹａｎＭＹ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＳｍａｒｔＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０２０，２９（１０）：１－１２．［３］黎晓伟，柳江，滕杨磊，等．馈能型主动悬架ＬＱＧ控制研究［Ｊ］．机械设计与制造，２０１８（６）：９０－９３．（ＬＩＸｉａｏ ｗｅｉ，ＬＩＵＪｉａｎｇ，ＴＥＮＧＹａｎｇ ｌｅｉ，ｅｔａｌ．ＬＱＧａｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｅｎｅｒｇｙ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２０１８（６）：９０－９３．）［４］ＬüＸＹ，ＪｉＹＪ，ＺｈａｏＨＹ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｖｉｅｗｏｆａｖｅｈｉｃｌｅｅｎｅｒｇｙ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｉｅｓ，２０２０，１３（２）：４４１．［５］ＡｌｈｕｍａｉｄＳ，ＨｅｓｓＤ，ＧｕｌｄｉｋｅｎＲ．Ａｎｏｎｃｏｎｔａｃｔｍａｇｎｅｔｏ ｐｉｅｚｏｈａｒｖｅｓｔｅｒ ｂａｓｅｄｖｅｈｉｃｌｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｉｅｓ，２０２２，１５（１２）：４４７６．［６］寇发荣，陈晨，李阳康，等．电磁复合式馈能悬架半４３４沈　阳　工　业　大　学　学　报 第４５卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.主动控制研究［Ｊ］．中国科技论文，２０２０，１５（２）：１６７－１７３．（ＫＯＵＦａ ｒｏｎｇ，ＣＨＥＮＣｈｅｎ，ＬＩＹａｎｇ ｋａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｅｍｉ ａｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｈｙｂｒｉｄｅｎｅｒｇｙ ｆｅｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＳｃｉｅｎｃｅｐａｐｅｒ，２０２０，１５（２）：１６７－１７３．）［７］戴建国，王程，刘正凡，等．馈能悬架技术研究综述［Ｊ］．科学技术与工程，２０１８，１８（３０）：１３１－１３９．（ＤＡＩＪｉａｎ ｇｕｏ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇ，ＬＩＵＺｈｅｎｇ ｆａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｅｎｅｒｇｙｒｅｃｌａｉｍｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，１８（３０）：１３１－１３９．）［８］ＣａｂａｎＪ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｕｓｉｎｇｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｙｓ ｔｅｍｓｉｎｍｏｔｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓ ｅｎｅｒｇｙｆｒｏｍｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］／／２０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒＲｕｒａｌＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＮｅｗＹｏｒｋ，ＵＳＡ，２０２１：１４７０－１４７７．［９］ＳａｍｎＡＡ，ＡｂｄｅｌｈａｌｅｅｍＡＭＭ，ＫａｂｅｅｌＡＭ，ｅｔａｌ．Ｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔ，ｒｏａｄｈｏｌｄｉｎｇ，ａｎｄｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｏｆａｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｖｅｈｉｃｌｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．ＳＡＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰａｓｓｅｎｇｅｒＣａｒｓ ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，２０２０，１３（３）：１－１３．［１０］ＭｏｈａｍｅｄＡＡ．Ｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｐｏｗｅｒａｎｄｆｕｌｌｃａｒｄｙｎａｍｉｃｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏａｄｍｏｄｅｓ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１８，１１０：３０７－３３２．［１１］ＺｈｅｎｇＸＣ，ＹｕＦ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆａｎｅｎｅｒｇｙ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｃ］／／ＳＡＥＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒＳｅｒｉｅｓ．Ｗａｒｒｅｎｄａｌｅ，ＰＡ，ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ，２００５：２４２－２４５．［１２］汪若尘，孙东，丁仁凯，等．液压互联馈能悬架工作模式设计与试验研究［Ｊ］．振动与冲击，２０２０，３９（５）：１１２－１１７．（ＷＡＮＧＲｕｏ ｃｈｅｎ，ＳＵＮＤｏｎｇ，ＤＩＮＧＲｅｎ ｋａｉ，ｅｔａｌ．Ｗｏｒｋｉｎｇｍｏｄｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｓｆｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｅｎｅｒｇｙ ｆｅｅｄｉｎｇｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋ，２０２０，３９（５）：１１２－１１７．）［１３］寇发荣，杜曼，马建，等．电磁直线电机悬架馈能潜力与能量回收分析［Ｊ］．机械科学与技术，２０２１，４０（６）：９４１－９４８．（ＫＯＵＦａ ｒｏｎｇ，ＤＵＭａｎ，ＭＡＪｉａｎ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｅｎｅｒｇｙｒｅｇｅｅｒａｔｉｖｅｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４０（６）：９４１－９４８．）［１４］秦博男，杨珏，罗维东，等．一种新型液电式互联馈能悬架的特性分析［Ｊ］．工程科学学报，２０２２，４４（１２）：２１５４－２１６３．（ＱＩＮＢｏ ｎａｎ，ＹＡＮＧＪｕｅ，ＬＵＯＷｅｉ ｄｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｎｏｖｅｌｅｎｅｒｇｙ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，４４（１２）：２１５４－２１６３．）［１５］张晗，过学迅，方志刚，等．馈能式悬架能量回收潜力试验研究［Ｊ］．振动测试与诊断，２０１５，３５（２）：２２５－２３０．（ＺＨＡＮＧＨａｎ，ＧＵＯＸｕｅ ｘｕｎ，ＦＡＮＧＺｈｉ ｇａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｅｓｔｏｎｅｎｅｒｇｙ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，２０１５，３５（２）：２２５－２３０．）［１６］王虎．基于制动强度的能量回收控制方法［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２０２０，４２（４）：４１７－４２２．（ＷＡＮＧＨｕ．Ｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｂｒａｋｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４２（４）：４１７－４２２．）（责任编辑：钟　媛　英文审校：尹淑英）５３４第４期 于学斌，等：直线电机式悬架参数对馈能特性影响分析Copyright©博看网. 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《基于压电效应的馈能式悬架机电能量转换研究》篇一一、引言随着汽车工业的飞速发展，对汽车的安全性和舒适性要求越来越高。

其中，悬架系统作为汽车行驶过程中关键的组成部分，其性能直接影响着车辆的操控稳定性和乘坐舒适性。

传统的被动或半主动悬架已经不能满足日益增长的汽车需求。

因此，馈能式悬架作为当前研究的热点，在能量回收与减震性能之间寻找到了一个全新的平衡点。

而基于压电效应的机电能量转换技术则成为馈能式悬架研究的重要方向之一。

本文旨在研究基于压电效应的馈能式悬架的机电能量转换技术，为未来汽车悬架系统的设计与优化提供理论依据。

二、压电效应与机电能量转换压电效应是指某些晶体在受到外力作用时，其内部电荷分布发生变化，从而产生电势差的现象。

利用这一原理，我们可以将机械能转换为电能。

在汽车悬架系统中，由于路面不平或车辆运动产生的振动能量可以被视为一种机械能。

因此，通过压电效应，我们可以将这部分振动能量转换为电能，实现能量的回收与再利用。

三、基于压电效应的馈能式悬架系统设计本文提出了一种基于压电效应的馈能式悬架系统设计方案。

该系统主要由压电材料、传感器、控制器和执行器等部分组成。

其中，压电材料被安装在悬架系统中，用于将振动能量转换为电能；传感器用于实时监测车辆的运动状态和路面情况；控制器则根据传感器提供的信息，对执行器进行控制，以实现最佳的减震效果和能量回收效果。

四、机电能量转换技术研究在基于压电效应的馈能式悬架系统中，机电能量转换技术是关键。

本文从以下几个方面对机电能量转换技术进行了研究：1. 压电材料的选型与性能分析：选择合适的压电材料对于提高能量转换效率至关重要。

本文对不同压电材料的性能进行了对比分析，为选型提供了依据。

2. 机电耦合分析：通过建立数学模型和仿真分析，研究了压电材料与机械结构之间的耦合关系，为优化系统设计提供了理论支持。

3. 能量回收与再利用策略：针对不同的工况和需求，提出了多种能量回收与再利用策略，如实时调节能量回收与减震性能的比例、将回收的电能用于辅助驱动等。