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电磁直线电机悬架馈能潜力与能量回收分析

寇发荣 杜曼 马建 陈晨 方涛

寇发荣, 杜曼, 马建, 陈晨, 方涛. 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. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200137
引用本文: 寇发荣, 杜曼, 马建, 陈晨, 方涛. 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. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200137
KOU Farong, DU Man, MA Jian, CHEN Chen, FANG Tao. Analyzing Electromagnetic Linear Motor Suspension Energy Regenerative Potential and Energy Recovery[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(6): 941-948. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200137
Citation: KOU Farong, DU Man, MA Jian, CHEN Chen, FANG Tao. Analyzing Electromagnetic Linear Motor Suspension Energy Regenerative Potential and Energy Recovery[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(6): 941-948. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200137

电磁直线电机悬架馈能潜力与能量回收分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200137
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51775426

陕西省重点研发计划 2018ZDCXL-GY-05-04

西安市碑林区2019年应用技术研发类项目 GX1928

详细信息
    作者简介:

    寇发荣(1973-), 教授, 博士, 研究方向为车辆动力学与控制, koufarong@xust.edu.cn

  • 中图分类号: U463.33

Analyzing Electromagnetic Linear Motor Suspension Energy Regenerative Potential and Energy Recovery

  • 摘要: 为了预测悬架馈能潜力及实现振动能量回收,针对电磁直线电机悬架结构,建立了1/4馈能悬架数学模型,并利用台架试验加以验证。以馈能功率均方根值为衡量指标,分析了包括行驶工况及悬架参数在内的馈能潜力影响因素,获得了各因素对悬架馈能潜力的影响显著性。在此基础上,设计了能量回收电路及升降压控制规则,运用MATLAB/Simulink对悬架能量回收性能进行仿真,并与无升降压控制规则进行对比分析。结果表明:升降压控制规则使能量回收效率提高了24.1%,所设计的能量回收电路及升降压控制规则能够有效地提高悬架振动能量回收。
  • 图  1  电磁直线电机馈能悬架结构简图

    图  2  双质量二自由度悬架动力学模型

    图  3  台架试验系统

    图  4  馈能电压仿真与试验对比曲线

    图  5  不同车速与路面等级下悬架馈能功率均方根值

    图  6  馈能功率随悬架各参数的变化

    图  7  轮胎刚度对动力学性能的影响

    图  8  非簧载质量对动力学性能的影响

    图  9  能量回收电路原理简图

    图  10  电压型PWM闭环控制框图

    图  11  电磁直线电机三相馈能电压

    图  12  整流后电压

    图  13  分压判断模块

    图  14  整流后电压四级分压

    图  15  升降压控制规则仿真

    图  16  总能量对比曲线

    表  1  路面等级与路面不平度系数对应关系

    路面等级 Gq(n0)范围/10-6 Gq(n0)平均值/10-6
    A 8~32 16
    B 32~128 64
    C 128~512 256
    D 512~2 048 1 024
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    表  2  仿真计算的车辆参数

    参数及单位 数值
    簧载质量m2/kg 260
    非簧载质量m1/kg 30
    弹簧刚度k1/(N·m-1) 13 000
    轮胎刚度kt/(N·m-1) 150 000
    减振器阻尼系数c1/(N·s·m-1) 1 600
    参考空间频率n0/m-1 0.1
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    表  3  直线电机参数

    参数及单位 数值
    反电动势系数ke/(V·s·m-1) 68
    推力系数ki/(N·A-1) 78
    电枢内阻r 10
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    表  4  不同车速与路面等级下悬架馈能功率均方根值

    速度/(km·h-1) 功率均方根值/W
    A级 B级 C级 D级
    10 2.461 9.840 39.339 157.270
    30 7.375 29.485 117.876 471.245
    50 12.298 48.969 196.441 785.301
    70 17.212 68.535 274.93 1 099.1
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    表  5  悬架各参数馈能功率均方根值仿真数据分析

    参数 最大值/W 最小值/W 极差/W
    kt 32.705 24.729 7.976
    m1 32.402 25.776 6.626
    m2 29.691 27.387 2.304
    k1 29.485 28.276 1.209
    c1 29.794 29.185 0.609
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    表  6  升降压控制规则

    四级输入电压/V 充电电压/V 升压/降压
    0~16 16 升压
    16~30 16 降压
    30~50 50 升压
    50~91 50 降压
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    表  7  馈能悬架能量回收数据分析

    参数 无升降压控制规则 有升降压控制规则
    直线电机振动总能量Wl/J 223.73 223.73
    超级电容组回收总能量Wc/J 122.59 176.54
    能量回收效率η=(Wc/Wl)×% 54.8 78.9
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  • 收稿日期:  2019-08-02
  • 刊出日期:  2021-06-01

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