[发明专利]车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法

说明书

本发明公开了一种车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，该馈能悬架系统由该圆筒形永磁直线电机与阻尼器并联安装构成，本发明基于馈能悬架的动力学模型和电输出模型，提出了以确保馈能悬架系统固有悬架特性、高馈能发电特性为约束条件的电机结构参数优化设计模型，通过求解该模型实现馈能悬架系统中圆筒形永磁直线电机结构参数的正向设计。该方法能够在制作样机前确保馈能悬架优异的悬架性能和电输出性能，通用性强、易于实施。

技术领域

本发明属于车辆馈能悬架系统馈能发电装置结构参数设计，具体涉及车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法。

背景技术

随着全球范围内日益突出的能源问题，节能与新能源利用已成为当前国际汽车工程领域的研究热点，汽车悬架振动能馈能发电可以用于能源效率提升、悬架特性调整等方面，正受到国内外相关学者和工程师的广泛关注，其中，圆筒形永磁直线电机由于其固有的结构简单可靠、安装便捷等优点也逐渐应用于汽车悬架振动能量回收领域。

传统的圆筒形永磁直线电机结构参数设计方法的电机输出模型过于简化、约束条件单一、优化目标简单，主要以输出电压有效值或转换效率等作为指标进行结构参数设计优化，而馈能悬架系统的悬架性能必然会受到圆筒形永磁直线电机的影响，包括对馈能悬架系统固有悬架特性、车辆的操作性和舒适性的影响。目前该研究领域在设计馈能发电装置时，未出现在参数设计之初考虑馈能装置对悬架特性的影响与综合的馈能发电性能的正向设计方法，一般是制作样机后进行试验，没有完整的结构参数设计理论体系。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明提出了车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，建立确保馈能悬架系统的固有悬架特性和馈能发电特性的理论设计体系。

技术方案：为了解决上述问题，本发明提出了一种车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其步骤如下：

(1)建立含圆筒形永磁直线电机结构参数的馈能悬架系统动力学模型和电输出模型，包括电机电磁力—输出电压—位移模型、被动/半主动悬架动力学模型；

(2)建立馈能悬架系统动力学模型和电输出模型，所述的馈能悬架系统动力学模型通过“四分之一”馈能悬架系统动力学方程组建立；

(3)求解电机结构参数约束条件，并推导电机性能评价函数；

(4)电机结构参数设计优化。

进一步的，步骤(1)所述的电机电磁力—输出电压—位移模型、被动/半主动悬架动力学模型方程组如下：

其中，表示馈能悬架动力学模型二阶微分方程组，x_i表示路面激励，x_u表示非簧载质量相对位移，x_s表示簧载质量相对位移，F_d表示阻尼器阻尼力，F_m表示电机电磁力；G表示圆筒形永磁直线电机绕组微分方程，i_s表示绕组电流，Ψ_s表示空载磁链，L_s表示绕组电感矩阵，R_s表示绕组内阻，R_L表示电机负载。

其中，步骤(1)所述的建立含圆筒形永磁直线电机结构参数的馈能悬架系统动力学模型和电输出模型，保持馈能悬架系统固有悬架特性以及高馈能发电特性下的电机结构参数约束条件求解，推导求解悬架性能评价方程和绕组最大功率点表达式，得到电机结构参数约束条件，所述的表达式如下：

其中F_s表示悬架性能特性评价函数，B₁、B₂表示悬架性能约束边界；P_m表示绕组最大输出功率点。