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能量回收型减震器设计与仿真文献综述

 2020-04-26 11:04  

1.目的及意义

我国汽车的产销量屡创新高,给人们带来便利的同时也带来了严重的环境污染。为了节能减排,世界各国均出台相关法规与政策,以促进汽车的节能减排。国内外在发动机热能回收、减振器能量回收以及制动能量回收等方面做了相关的研究,本文关注的是减振器的能量回收。

车辆在正常行驶过程中,会受到路面不平带来的激励作用,使得悬架振动,汽车的簧上质量与簧下质量会在垂直方向上产生振动,这不仅不利于乘坐舒适性,对车辆的稳定性也有影响。传统的减振器是把振动的能量转化为热能消耗掉,能量没有得到有效利用,这与当下的节能减排趋势是不符的。本文研究的馈能式减振器,不仅能实现传统减振器的减振作用,还能回收部分振动能量,代表着未来减振器的发展方向。

1991年, 提出将减震器上下油液导出驱动液压马达的方案,进而回收部分能量,主动悬架可以被分为三个层次:半主动悬架、完全主动悬架和低频主动悬架,在低频主动悬架中加入能量再生泵,可以减少对汽车的能量需求。在主动悬架上装有液压马达,所有悬架的液压马达共同驱动同一根轴,轴再作为能量源驱动悬架单元。这篇论文主要讲了系统的结构,描述了系统的功率和能量再生特性,讨论了几种可行的的泵的结构以及控制策略

1993年, 介绍了在振动控制中馈能减震器的概念,在悬架中蕴含的能量一般被被动的阻尼减震器消耗掉,为了实现馈能作用,本文提出了一种可变线性转换器,将这种装置放在一个典型的乘用车上进行运动动力学实验,结果很理想,这表明可变线性馈能减震器是可行的,不仅能实现传统减震器的功能,还能馈能。这篇论文采用杠杆来改变传递悬架的功率,使输入能量转换装置的速度增大,力减小,并分析了悬架的传递函数。但他只分析了定激励频率下的情况,其他激励频率需要进一步研究。

1995年 提出了一种馈能式减震器的控制方法,在高速运动时,装置产生电能,在低速运动时,使用在高速时产生的电能,控制减震器,实现主动悬架的特性,而悬架是由主动控制和继电器控制算法控制的。提出了一种简单的实验装置来确定所提出的技术。实验结果表明,该方法具有较好的再生能力,具有良好的阻尼性能。然而,这种技术需要一个好的和有效的执行器。进一步的工作是继续改进系统和获得更有效的主动控制系统。

1996年, 提出了一种将振动能量转化为有用能量的能量再生阻尼器系统。该混合系统结合了能量再生系统和主动控制,实现了低能耗的减振性能。通过数值模拟和基本实验,发现该混合控制系统在减振和能耗方面均有较好的性能。

1996年, 提出了一种将无源阻尼器与电磁致动器相结合的混合悬架系统。其目标是获得类似于从主动悬架系统获得的性能,但使用更小且更轻的电磁制动器。主动悬架系统的性能分析已经表明,可以将制动器产生的力分解成与一个被动和主动模式。被动传统阻尼器可以产生所需力的无源分量。然后显着减少由电磁致动器提供的力的有效分量。所提出的系统仅消耗来自悬架动力源的能量以提供主动力,而对于液压主动悬架,动力源必须提供两种力。这意味着与传统的有源系统相比,所提出的系统的能耗显著降低。

2003年, 提出了一种应用二自由度(2DOF)控制的方法,因为这种控制多轴电动力学振动系统的尝试不需要迭代控制并具有实时性能。首先为系统引入了理想的数学模型和不确定性加权函数,并利用μ-合成设计了反馈控制器。 它构成2DOF控制器,目的是改善瞬态响应。当控制性能仍不能满足时,添加自适应滤波器。最后,通过使用共振试样的实验来显示控制器的性能。

2009年, 开发了一种四相线性发生器的1:2比例原型,并通过实验和分析表明,在0.25-0.5 悬挂速度下,半规模的原型能够收获2-8 W的能量。还发现再生电压的频率不一定与激励具有相同的频率。相反,再生电压的波形将取决于激励频率、振幅和平衡位置。在振动系统共振频率时,再生功率将是最大的。虽然单个线圈的电压波形取决于平衡位置,但四相的总功率并不依赖于它。

2012年, 对受外力随机激励的经典单质量和双质量振动能量收集器的基础位移、速度和加速度进行了全面的研究,其中结果显示输出功率以非常简洁的形式仅取决于几个参数。一般来说,机械阻尼应该很小,这与谐波励磁情况相同。然而,与谐波激励的情况完全不同,用于随机激励的双质量收割机不会产生更多能量。当受到随机力激励时,双质量振动能量收集器将收获与质量等于第一质量的单质量一样量的功率。另外,当受到随机力激励时,双质量振动能量采集器将会获得与总质量相同的单质量振动能量采集器相同的功率。本文还对汽车再生车辆悬架和建筑物再生TMDs提出了一些重要结论。在白噪声随机速度下车辆悬架的收集功率潜力与轮胎刚度和道路垂向激发谱成正比,但与底盘质量,轮胎质量,悬架刚度和阻尼系数无关。

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