基于自供能量式磁流变减振器的车辆半主动悬架控制研究

车辆磁流变半主动悬架系统中，磁流变减振器是最为核心的部件，其性能的优劣直接影响着汽车悬架性能的好坏。但它需要外部电源为磁流变减振器供电，来产生实时可调的阻尼力。然而，外部供电不仅增加了磁流变半主动悬架系统的电能消耗，电能的中断还会影响磁流变减振器工作的可靠性。对于磁流变半主动悬架系统而言，如何降低成本，提高系统可靠性、安全性和稳定性，并使车辆行驶过程中能够把由路面不平引起的汽车悬架振动能量加以回收、储存和利用，从而实现系统自供能，是一个关键性的技术问题，也是影响其广泛应用并走向市场的技术瓶颈。

在研究车辆底盘磁流变半主动悬架系统基础之上，确定了将永磁直线电机与磁流变减振器并联的馈能设计方案，对该半主动馈能悬架进行了进一步研究。具体工作包括以下几个方面：

1. 分析了自供能式磁流变减振器的国内外研究及应用现状，总结了当前自供能量式磁流变半主动悬架的不足，提出了本研究的技术方案。

2. 阐述了磁流变减振器和直线电机的工作模式与结构原理，通过研究所设计悬架的振动能量回收潜能，确定了悬架振动能量回收方案。

3. 分别建立了1/4汽车二自由度、1/2汽车四自由度、整车七自由度数学模型，依据加权综合评价指标对车辆悬架刚度系数和阻尼系数对汽车性能的影响的分析进行了参数优化。

4. 在不同路面条件和道路行驶工况下，对不同控制策略进行了仿真分析及对比，确定较合适的悬架试验样机的控制算法。

5. 分析了振动能量的回收方法，设计了馈能回收方案，计算了回收装置的能量回收效率。对于回收装置具体采用超级电容作为蓄能器使用，将该悬架磁流变减振器回收所得的电能快速储存于超级电容中，从而显著提高馈能效率。

6. 在进行馈能式磁流变半主动悬架动力学模型仿真的基础上，成功研制了馈能式磁流变减振器半主动悬架样机及能量回收装置，编制了自供能式磁流变半主动悬架的软件程序，开展了馈能式磁流变半主动悬架样机的台架试验，验证了控制算法和馈能式磁流变半主动悬架结构的有效性。

车辆磁流变半主动悬架系统中,磁流变减振器是最为核心的部件,其性能的优劣直接影响着汽车悬架性能的好坏,但它需要外部电源为磁流变减振器供电,来产生实时可调的阻尼力,但是外部供电不仅增加了磁流变半主动悬架系统的电能消耗,电能的中断还会影响磁流变减振器工作的可靠性,而且对于磁流变半主动悬架系统而言,如何降低成本,提高系统可靠性、安全性和稳定性,并使车辆行驶过程中能够把由路面不平引起的汽车悬架振动能量加以回收、储存和利用,从而实现系统自供能,是一个关键性的技术问题,也是影响其广泛应用并走向市场的技术瓶颈。在研究车辆底盘磁流变半主动悬架系统基础之上,确定了将永磁直线电机与磁流变减振器并联的馈能设计方案,对该半主动馈能悬架进行了进一步研究,所做的具体工作包括以下几个方面：（1）分析了自供能式磁流变减振器的国内外研究及应用现状,总结了当前自供能量式磁流变半主动悬架的不足,提出了本研究的技术方案。（2）阐述了磁流变减振器和直线电机的工作模式与结构原理,通过研究所设计悬架的振动能量回收潜能,确定了悬架振动能量回收方案。 （3）分别建立了1/4汽车二自由度、1/2汽车四自由度、整车七自由度数学模型,依据加权综合评价指标对车辆悬架刚度系数和阻尼系数对汽车性能的影响的分析进行了参数优化。（4）在不同路面条件和道路行驶工况下,对不同控制策略进行了仿真分析及对比,确定较合适的悬架试验样机的控制算法。（5）分析了振动能量的回收方法,设计了馈能回收方案,计算了回收装置的能量回收效率。对于回收装置具体采用超级电容作为蓄能器使用,将该悬架磁流变减振器回收所得的电能快速储存于超级电容中,从而显著提高馈能效率。（6）在进行馈能式磁流变半主动悬架动力学模型仿真的基础上,成功研制了馈能式磁流变减振器半主动悬架样机及能量回收装置,编制了自供能式磁流变半主动悬架的软件程序,开展了馈能式磁流变半主动悬架样机的台架试验,验证了控制算法和馈能式磁流变半主动悬架结构的有效性。