主动悬架用电磁直线作动器储能系统设计文献综述

 2022-11-04 10:11

文 献 综 述

1. 课题研究背景

随着汽车的发展,越来越多的车辆渐渐抛弃被动悬架,采用主动悬架。在传统的被动悬架设计中,平顺性与操纵稳定性往往难以兼顾,而主动悬架可以兼顾汽车的平顺性与操纵稳定性。当承载质量发生变化或道路条件发生变化时,主动悬架可以调整自身参数,使车身的离地高度保持在合理的数值上,从而提高汽车的操纵稳定性、平顺性和通过性;主动悬架可以调节悬架的参数,从而降低车轮载荷波动,提高附着性能,改善操纵性,同时减轻了轮胎的磨损。缺点是:结构和控制复杂,全主动悬架的硬件要求高、耗能大、成本高,也会增加整车重量和成本。

通过查阅文献可知,对于车辆主动悬架作动器的研究大致可分为以下三类: ① 空气主动悬架作动器:由气缸构成,通过电气动压力控制阀所控制;② 液压主动悬架作动器:主要由液压缸、 子气室及阻尼阀等组成; ③ 电磁类主动悬架作动器:其中有采用滚珠丝杆和旋转电动机方式构成的, 有采用永磁直线电动机作为力促动器的。空气和液压作动器都存在着结构复杂、泄露密封、重量和成本高及安全可靠性等诸多方面的问题,而随着电磁学理论的不断完善以及大功率电子器件性能的不断提升,同时其价格也日趋低廉,采用电磁方式来实现主动悬架力发生器已成为目前研究的热点。相比之下,电磁直线作动器具有结构简单、响应快速及控制精度高等诸多优点。与此同时,电磁主动悬架还具有将能量回收的潜力。

由于蓄电池的功率密度低、能量密度低,以蓄电池作为单一电源的纯电动汽车,动力性和续驶里程因此受到极大的限制。将超级电容引入到电动汽车的储能系统中,构建超级电容—蓄电池复合电源系统,利用超级电容高功率密度特性弥补蓄电池的不足。

2. 蓄电池 超级电容的复合储能系统研究现状

目前,世界上很多发达国家和发展中国家生产超级电容,其中比较知名的品 牌有:Maxwell, NEC, Panasonic 等。一般超级电容耐压为 2.5V~3V,比较常见的 还有 1.6V 的产品。美国政府在二十世纪初提出了一项旨在提高电动汽车效率, 提高汽车工业的竞争力,同时减少二氧化碳和有害气体的排放,改善生活环境的 汽车合作伙伴计划。英国也在电动汽车方面领先于全球水平,英国政府旨在通过新技术的开发和研究,希望能够实现降低环境负荷的无公害或低公害车,其中主要包括电动汽车、混合动力汽车、低排放,低油耗汽车等。

我国目前比较知名的生产超级电容的企业以锦州超容为代表,从产品容 量上看,其自主开发的超级电容已接近国际先进水平,并且其体积也 不断减小,同时能量密度和比功率密度分别达到国际先进水平。在“十五”和“十一五”期间,国家均提出了要重点研究开发混合动力汽车的口号,其中具有代表性的就是“十五”期间提出的“三纵三横”研究开发布局及其组织管理模式.

清华大学在承担的国家“863”电动汽车电池项目上,搭建了混合动力系统 试验台,对电动汽车整体控制系统进行了研究,其采用的就是“燃料电池 蓄电 池 超级电容器”的结构。2003 年北京理工大学研制的电 动旅游车“BFC6110—EV”使用了以超级电容储能系统为代表的多能源管理控制系统,其主要技术指标均已达到领先水平。

Wight等对装载超级电容的纯电动汽车进行了低温环境和不同行驶工况下的实车道路实验以及转鼓实验台加速试验。结果表明,超级电容的采用使蓄电池的工作负荷得以减缓,超级电容可以快速回收制动能量的特性使整车燃油经济性得到提高。北京理工大学与北方华德尼奥普兰客车股份有限公司共同研制出了纯电动客车“BFC61 10.EV”,该车使用锂离子电池、超级电容储能系统以及先进的多能源控制系统、交流驱动系统,通过整车试验,主要的性能指标 已经达到预定的要求。北京理工大学在其研制的纯电动汽车上加装了超级电容器,电容配合蓄电池工作,延长了整车的续驶里程。南京航天航空大学的学者对复合电源系统设计了功率分配方案,并利用ADVISOR中的整车模型,在MATLAB/SIMULINK平台上进行了仿真研究,证明了复合电源系统可以避免纯电动汽车的瞬时大概率对蓄电池的冲击,利用超级电容比功率高的特点,能有效地应对加速、爬坡和制动时瞬间对电源系统大功率的需求,延长蓄电池的使用寿命,充分利用回收再生制动能量。

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