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基于多自由度球形电机的磁流变悬架设计及控制策略研究
| 论文题名： | 基于多自由度球形电机的磁流变悬架设计及控制策略研究 |
| 关键词： | 汽车球形电机;磁流变悬架;结构设计;电磁仿真;滑模控制 |
| 摘要： | 未来交通要求车辆能够迅速完成智能交通系统的各种指令，使整个交通系统高效，而单自由度驱动的汽车无法实现全向运动，必然在对交通系统的响应效率上低于全向汽车，因此全向运动车辆是未来汽车发展的方向。课题组设计了一种可实现多自由度动力输出的球形感应电机，使用该电机作为汽车的车轮，通过转子与地面接触输出动力的方式可实现车辆的全向运动，球形电机可看作类似球形车轮的结构，该结构不同于现有圆柱形车轮，因此为了进一步实现球形电机车轮在汽车上的应用，设计一种基于多自由度球形电机的悬架。 针对设计对象多自由球形电机的结构特点，参考国内外文献对球形车轮的相关研究以及对现有球形轮及相似结构的相关悬架设计，结合传统悬架结构设计的方法，完成基于球形电机的悬架结构和参数的设计，并对磁流变阻尼器活塞进行磁路设计和磁阻计算；根据所设计悬架结构参数在Solidworks中建立悬架三维模型，并将模型导入HyperMesh进行网格划分，在Ansys中完成三种典型工况下的悬架静强度分析，验证悬架结构设计的合理性；使用Maxwell软件对磁流变阻尼器活塞进行磁场仿真，并通过Maxwell计算不同电流强度下阻尼间隙处的磁感应强度，得到活塞有效阻尼间隙处磁感应强度曲线以及活塞的磁感应强度云图，进而求得不同电流下阻尼器输出库伦阻尼力的大小，再通过Simulink仿真可得到阻尼器的粘滞阻尼力，从而得到阻尼器不同大小电流下输出总阻尼力。为了充分发挥磁流变悬架对汽车减振效果，提高汽车行驶平顺性和乘坐的舒适性，设计天棚开关控制器和基于天棚控制的名义滑模控制器，通过Simulink平台分别建立被动悬架、天棚控制和滑模控制的1/4车辆悬架的动力学模型，仿真求解得到三种控制情况下车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷，并对比分析天棚控制以及基于天棚参考模型的滑模控制对车辆悬架平顺性的控制效果。 经对基于球形电机的悬架结构设计、静强度分析、磁场仿真以及控制系统的搭建，从理论上验证磁流变悬架设计的合理性，为后续相关研究提供一定的参考。最后总结全文的研究工作，提出研究工作中存在的不足以及有待深入研究的问题。 |
| 作者： | 杨阳 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 邓涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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