Mideling of electromagnetic damper for automobile suspension

基于Halbach阵列的永磁被动阻尼方案研究乔冲1，单磊2，马卫华1，罗世辉1（1.西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031；2.山东和顺电气有限公司，山东泰安 271600）摘要：采用Halbach永磁体阵列的电动悬浮（PEDS）系统凭借其结构简单、稳定可靠及成本低等优势，在磁浮支撑领域具有很高的应用价值。

本文以永磁电动系统为研究对象，针对其临界稳定特性，提出了一种侧面布置Halbach永磁阵列结构，利用磁阻力实现永磁电动悬浮系统垂向阻尼被动控制的阻尼方法。

介绍了PEDS的悬浮原理，应用Ansoft软件进行了永磁电动系统的电磁仿真；搭建了带有阻尼模块的悬浮架模型；建立了悬浮系统的动力学模型，仿真阻尼方法的作用效果。

仿真结果证明了该永磁被动阻尼方法作为电动悬浮系统阻尼方案的可行性，并对阻尼模块结构对振动抑制效果的影响进行了初步探究，为实际工程应用提供参考依据。

关键词：永磁电动悬浮；临界稳定性；Hlbach永磁阵列；垂向稳定性中图分类号：U266.2 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2021.05.005 文章编号：1006-0316 (2021) 05-0029-08Simulation Analysis of Permanent Magnet Passive Damping Method Based on Halbach Array QIAO Chong1，SHAN Lei2，MA Weihua1，LUO Shihui1 ( 1.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2.Shandong Heshun Electric Co., Ltd., Taian 271600, China )Abstract：The electric suspension maglev system using Halbach permanent magnet array has a high application value in the field of maglev support by virtue of its advantages such as simple structure, low cost, high stability and reliability, etc. This paper takes PEDS system as the research object, Aiming at its critical stability characteristics, proposes a Halbach permanent magnet array structure in which magnetic resistance is used to realize the passive control of the vertical damping of the permanent magnet electric maglev system. The principle of PEDS is introduced, and the Ansoft software is used for electromagnetic simulation to build a three-dimensional model of the suspension frame with damping module and establish the dynamic model of the suspension system to simulate the effect of the damping method. The simulation results prove the feasibility of the permanent magnet passive damping method used in this paper as the damping scheme of the electric suspension system, and the influence of the damping module structure on the vibration suppression effect is initially explored.———————————————收稿日期：2020-09-04基金项目：牵引动力国家重点实验室自主研究课题：时速450公里永磁电动磁浮悬浮架及悬浮特性研究（2020TPL-T04）作者简介：乔冲（1995－），四川眉山人，硕士研究生，主要研究方向为永磁电动悬浮，E-mail：*****************；单磊（1973－），山东肥城人，工程师，主要从事磁浮列车悬浮控制器及电磁铁的设计制造工作；马卫华（1979－），山东滕州人，博士，研究员、博导，Key words：permanent electrodynamic suspension；critical stability；Hlbach permanent magnet array；vertical stability磁悬浮技术相比传统的轮轨支撑，拥有无轮轨摩擦、噪音低、能实现超高速运行等显著优点[1-3]。

shing Ltd Printed in the UK
0964-1726/09/125010+14$30.00
Smart Mater. Struct. 18 (2009) 125010
S-B Choi et al
stiffness model of an MR damper and they verified it using simulation and experiment. Du et al [6] proposed an Hinfinity control algorithm for a vehicle MR damper and verified its effectiveness using simulation. Shen et al [7] proposed load-leveling suspension with a magnetorheological damper. Pranoto et al [8] proposed a two degrees of freedom (2DOF)type rotary MR damper and verified its efficiencies. Ok et al [9] proposed cable-stayed bridges using MR dampers and verified their effectiveness using a semiactive fuzzy control algorithm. Choi et al [10] manufactured an MR damper for a passenger vehicle and presented a hysteresis model for predicting the field-dependent damping force. Hong et al [11] derived a nondimensional Bingham model for an MR damper and verified its effectiveness through experimental investigation. Yu et al [12] developed a human simulated intelligent control algorithm and successfully applied it to vibration control of vehicle suspension featuring MR dampers. The above review indicates that some works have considered the hysteretic behavior of MR dampers to improve control accuracy while some works have considered the parameter variation of the system to improve control robustness. However, the hysteresis and the parameter variation have been treated independently. Recently, Song et al [13, 14] proposed a nonlinear model-based adaptive control algorithm for an MR suspension system considering both the hysteresis and unknown or/and varying parameters of the system. In their work, the adaptive system stability has been proved by converting the hysteresis of the MR damper to a memoryless nonlinearity. In this work, we propose a different control strategy considering both hysteresis of the MR damper and parameter variation of the suspension system. Especially, we consider the hysteretic behavior of the MR damper due to the applied magnetic field. In other words, we consider the hysteresis in the domain of damping force versus input current instead of damping force versus piston velocity. It is well known that MR fluid itself exhibits the field-dependent hysteresis [15]. Thus this behavior should be accommodated in a control system to achieve more effective vibration control performance. The proposed control algorithm is established by formulating a robust H∞ controller and integrating it with the hysteretic compensator. The H∞ controller is synthesized by adopting the loop shaping design procedure, while the hysteretic compensator is formulated by adopting a Preisach hysteresis model which can be experimentally identified using the firstorder descending (FOD) curves. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed control strategy, the hardware-in-the-loop simulation (HILS) methodology is used which interacts between the vehicle suspension model (software) and the MR damper (hardware). Control responses such as vertical acceleration are evaluated and presented in time and frequency domains.

AMR奥迪电磁减振系统AMR奥迪电磁减振系统利用磁场效应可在数秒之内将减震器的刚度调节到当前的驾驶状态。

它还可以让驾驶员在更大的舒适性或运动性之间做出基本的设置。

驾驶员可以选择舒适或运动驾驶模式以适应驾驶状况以及个人的爱好。

在两种模式下都可以不断调节悬架的减振力以满足当前的驾驶要求，丝毫不影响汽车的道路行驶性能。

其优点显而易见，兼顾出色的舒适性和操控性。

运动模式下可获得路面的直接反馈。

汽车过弯灵巧，对转向操作响应自然。

正常模式更多倾向于舒适性，可帮助驾驶员消除长途驾驶所带来的疲劳。

奥迪电磁减振系统的减震器中的流体具有所谓的磁流变特性。

微小的磁粉吸附在充满减震器的碱性油内。

施加磁场时，磁粉朝向减震器的运动方向。

因此减震器的减振力随着磁场强度的增加而增大。

减震器的刚性可以在数秒之内做出调整。

利用轮速传感器的信号以及与其它系统例如转向机构和ESP之间的通讯信号，控制单元能计算出各种驾驶状况下的最佳减振力。

中控台上标有减震器符号的开关可用来控制奥迪电磁减振系统。

它可以激活和关闭运动模式。

仪表板上显示运动模式的开启与关闭状态。

运动模式激活时，功能开关上的LED灯随即开启。

ASF®奥迪空间框架结构ASF®奥迪空间框架结构是一种高强度的铝合金框架结构，所有面板嵌入其中，因此还具有承载功能。

由于与这些高强度铝合金面板一起使用，铝制车身还具有极佳的刚度，可提供出色的防撞功能，同时还大大降低了车身重量。

奥迪铝制空间框架结构除了具有重量更轻、车身强度更高的优点外，还能在设计过程中自由选择铸件和复杂的形状等优点，这些都是钢制面板无法企及的。

驾驶员还能体验更高的安全性、更佳的性能和操控性、更低的油耗、更方便的维修以及更优惠的保险费。

ESP电子稳定系统（带车顶行李架载荷感应装置）奥迪Q5的ESP电子稳定系统通过传感器感应车顶行李架的载荷，使变速器做出极其快速的响应，丝毫不影响出色的驾乘舒适性。

车顶行李架传感装置配有与电子稳定系统控制单元直接连接的传感器。

０ 引言
车架涂装 的 目的是使 车架具有优 良的耐腐蚀
性能 ， 延长使用寿命 ， 但是涂装过程 中还要充分考
虑涂料 的 使用量 。
２ — ８
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本 厂车架油漆线 自１９ 年投人使用 以来 ， ９６ 生
产 车 架 的种 类 日益 增 多 ， ４ ８５ｍ不 等 ，而 电 泳 从 ～．
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保证大车架的漆膜厚度 ， 把电压调节到适合 的范围
（ ６ ， ２０ Ｖ）那么小车架的漆膜厚度就严重超标 ， 对电
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力资源而言是浪费， 对油漆辅料来说更是不小的浪
费。
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沉积 的过程 ；
（ ４） 电渗 ：沉积 的 电泳涂膜 收 缩 、 脱去 溶剂 和 水， 形成 均匀 致密 的湿膜 。