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底盘|面向新能源汽车的悬架振动能量回收在线控制方法( 三 )


在仿真实验中,基于大众-
底盘|面向新能源汽车的悬架振动能量回收在线控制方法
本文插图
朗逸(参数|图片)系列轿车的实际参数和车上乘坐两名乘客的实验条件如表1所示 。 按照平均分配的原则将整车质量和乘客质量均匀分配给4个悬架 。 为了方便后续搭建仿真实验台,基于单个悬架的1/4模型进行了仿真 。
表1 实验整车参数
在正弦路面激励下对该阻尼调节系统进行仿真,系统参数如表2所示,电机反电动势随负载电阻变化情况的仿真结果如图8所示 。 由图8可见,在正弦激励下,电机反电动势随着负载电阻的增大而增大,在负载电阻为10 Ω时,电阻上消耗能量的峰值功率即可回收能量功率最大,达47.9 W 。
表2 仿真模型参数

图8 不同负载电阻下电机的反电动势
3.2 阻尼控制方法系统仿真
为了验证所设计的阻尼控制电路的阻尼调节方法的效果,搭建了基于实车的仿真模型,模型基于实车1/4悬架模型等比例缩小,其参数如表2所示 。 阻尼控制方法的目标是使电机输出转矩尽可能的接近目标转矩,即控制电机电枢电流尽可能等于参考目标值 。
仿真结果如图9所示,在振幅为10 mm,频率为3 Hz的正弦激励下,设计的阻尼控制电路中实际电枢电流可以较好地跟随参考电流 。
图9 阻尼调节电路实际与参考电流仿真结果
电磁阻尼器的阻尼系数调节仿真中给定的目标阻尼系数为1 820 N·m/s左右,结果如图10所示 。 因此本文设计的可调式阻尼器及其调节方法可使其阻尼系数在目标值附近进行调节,实现基本等效的阻尼系数 。
图10 阻尼系数调节效果仿真
4 实验设计及结果
4.1 实验台架设计
为了验证本文所设计的可调阻尼器在实际工况下的能量回收和减振性能,基于实车1/4模型的相关参数,设计了1/4悬架系统实验台架,如图11所示 。 实验台架包括簧载质量,悬架弹簧,非簧载质量,车轮刚度弹簧等,各个部分参数如表2所示,使用滚珠丝杠和直流电机构成的电磁式阻尼器;采用伺服电动缸(FDR095S200BT)模拟路面高程激励 。 根据实验所要模拟的路面高程激励信号,用STM32单片机控制伺服电机(MS-M07725)做旋转运动,伺服电动缸可以将伺服电机的旋转运动通过内置的运动转换装置转化为推杆的直线运动,最终推杆带动与之相连的铝板模拟路面高程输入 。 电动缸及其控制电路如图12所示 。
图11 1/4悬架实验台
图12 伺服电动缸及控制电路
实验台架上布置有相应的位移传感器,加速度传感器和电流传感器等,用于实时采集台架各部分状态数据 。 为排除随机因素可能带来的影响,实验中采用幅值和频率均可变的正弦激励,通过电压电流传感器采集DC-DC输出以及电机电枢电流,分析了设计的可调阻尼器相关性能 。
4.2 实验结果分析
4.2.1 能量回收性能分析 为了分析设计的可调阻尼悬架系统的能量回收性能,采集该系统的DC-DC输出端电压和电流信号,作为电池的充电电流和电压 。 当电机负载为可变电阻,并且在相同正弦激励下,其两端输出电压随着阻值的增大而增大,结果如图13所示 。 该阻尼调节系统的馈能功率仿真和实验结果如表3所示 。 由表3可见:负载两端电压随着阻值的增大而增大;当阻值为1 Ω时获得最低平均馈能功率约为5.9 W;阻值为10 Ω时电阻上消耗的峰值功率可达约46 W,平均功率约为16.8 W;相应全悬架系统馈能峰值功率可达184 W左右,与仿真结果吻合 。 实验结果表明,该电磁阻尼器具有较好的能量回收潜力 。
图13 可变电阻负载实验结果
表3 电阻负载馈能功率仿真及实验结果
4.2.2 阻尼调节及减振性能实验 根据前述阻尼调节电路模型,搭建了基于DC-DC变换器的阻尼调节电路,使用DSP完成电流的采集,PWM信号占空比的计算和输出,使用6N136高速光耦的MOSFET驱动大幅提高了阻尼调节电路的响应速度,储能装置为6节18650电池 。 在实验中分别改变正弦激励的幅值和频率,根据实时采集的电机转速和目标阻尼系数计算得到参考电流,并实时采集经过阻尼调节后的实际电机电枢电流 。 设计的阻尼调节电路根据参考电流和实际电流之间的差值,通过PI控制器可实时得出合适的PWM信号占空比,如图14所示 。


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