为了实现车辆悬架的减振控制及振动能量回收,提出并设计了一种基于电动静液压作动器(EHA)的车辆半主动馈能悬架结构。建立了2自由度半主动悬架力学模型以及EHA作动器的数学模型;设计了EHA作动器,进行了电机特性试验和EHA作动器的馈能试验;设计了EHA半主动悬架最优控制和能量管理控制策略,利用AMESim与Matlab/Simulink软件对EHA半主动悬架动态性能和能量回馈进行了仿真;设计了EHA半主动悬架试验测试系统,开展了EHA半主动悬架控制台架试验。仿真与试验结果表明,提出的EHA作动器馈能效果较好,馈能效率平均为50%左右;与被动悬架相比,在正弦激励和随机路面谱输入下EHA半主动悬架的簧载质量加速度下降20%左右,减振效果明显。

馈能是提升坦克装甲车辆悬挂减振性能与减少能量消耗、提高续航能力的有效方案之一,根据机-电-液馈能悬挂系统的工作原理,根据工作原理建立悬挂系统数学模型并搭建流、固、热、磁多场耦合分析模型,分析不同参数对悬挂系统阻尼特性和馈能特性的影响;分析结果表明:机-电-液馈能悬挂系统在正弦激励下具有良好的阻尼特性;旋转液压执行器排量、液压变速/泵/马达排量和少齿差行星齿轮传动比对系统阻尼特性有较大影响,对系统馈能特性影响不大,在不同参数下可达到较高能量回收功率;液压泵/马达容积效率是影响系统馈能特性的关键参数,系统能量回收效率随液压泵/马达容积效率的降低而显著下降,提高液压泵/马达容积效率是保证该系统高能量回收的关键。

为解决特种车辆或载重车辆在极端工况下易侧翻的问题,提出了一种兼具馈能与主动抗侧倾功能的电控液压悬架系统。对该悬架系统的主动抗侧倾模式和馈能模式进行了功能原理设计与分析;针对主动抗侧倾模式与馈能模式,构建了电液悬架系统仿真模型;设计了电液悬架系统主动抗侧倾模糊PID控制策略和侧倾力矩分配方案,以及执行机构逻辑门限值控制策略,并基于Matlab/Simulink、TruckSim和AMESim仿真软件,搭建了电液悬架系统主动抗侧倾控制策略联合仿真平台;对装配有电液悬架系统的车辆模型在极限工况下的抗侧倾性能进行仿真分析,并对车辆在随机路面激励输入下的馈能特性进行仿真分析。结果表明,装配该电液悬架的特种车辆具备较强的防侧翻能力,并具有较好的悬架运动能量回收潜力。

以某型轮式车辆为对象,为实现减振及馈能的双重目的,设计了齿轮齿条式电磁作动器(Electromagnetic actuator,EA),建立了相应的数学模型,并对其惯性力的影响及阻尼特性进行了分析。加工了原理样机,并对其机械摩擦特性、电磁阻尼特性、主动出力特性及反馈电压特性进行试验测试,验证EA是否满足设计要求。结果表明,最大机械摩擦力285 N,满足设计限制需求;额定电流约束下,最大电磁阻尼力约1 100 N,具备较好的阻尼调节能力;最大主动出力近1 000 N,略小于理论值;最大反馈电压近80 V,悬挂相对速度0.1~0.3 m/s,在最优馈能区间内,整车馈能功率近百瓦,具备良好的馈能能力。该EA满足设计需求,结构方案可行。

为了优化车辆悬架的减振控制及振动能量回收提出了一种基于协调控制的馈能式磁流变半主动悬架。建立了1/4车二自由度悬架力学模型、磁流变减振器数学模型和馈能模型利用MATLAB/Simulink软件对馈能特性进行了仿真分析并进行了参数敏感性分析。分析了减振器实现自供能的条件及结构参数的影响设计并分析了多模式协调控制下的悬架动力学特性和馈能特性。结果表明该减振器馈能结构参数对自供能影响较大;协调控制器能够有效协调悬架系统减振与馈能关系降低能耗阻尼力可控性好能够衰减车辆振动馈能特性效果良好验证了该结构的可行性。