寇發(fā)榮 梁 津 魏冬冬 王 星 田 蕾

西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西安，710054

一種并聯(lián)式半主動(dòng)懸架作動(dòng)器研究

寇發(fā)榮 梁 津 魏冬冬 王 星 田 蕾

西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西安，710054

提出了一種并聯(lián)式滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器結(jié)構(gòu)。建立了滾珠絲杠作動(dòng)器數(shù)學(xué)模型，并利用MATLAB/Simulink軟件對(duì)并聯(lián)式滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器進(jìn)行了阻尼特性與饋能特性仿真，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的可行性。仿真結(jié)果表明:作動(dòng)器阻尼力為0～1200 N；作動(dòng)器在低頻振動(dòng)下可以產(chǎn)生的饋能電壓為0～6 V，饋能功率為0～80 W，饋能效率為41.61%～48.72%。在參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上試制了作動(dòng)器物理樣機(jī)，齒輪采用鋁制材料經(jīng)線切割而成，因此作動(dòng)器響應(yīng)速度良好，最后進(jìn)行了作動(dòng)器饋能特性試驗(yàn)。

齒輪箱；滾珠絲杠；半主動(dòng)懸架；能量回收

Abstract：A parallel type ball screw semi-active suspension actuator was proposed. A mathematical model of the actuator was established. The damping characteristics and energy recovery characteristics simulations of the parallel type semi-active suspension actuator were completed by using the MATLAB/Simulink, and the feasibility of the actuator was verified. The results show that, actuator damping force is as 0～1200 N; the energy recovery voltage is as 0～6 V,energy recovery power is as 0～80 W,energy recovery efficiency is from 41.61% to 48.72% under low frequency vibrations. The actuator is trial-produced on the basis of parameter optimization. The actuator response is fine. The energy recovery characteristic tests of actuator were completed.

Keywords：gear box; ball screw; semi-active suspension; energy recovery

0 引言

半主動(dòng)懸架作動(dòng)器是一種新型作動(dòng)器，它不僅可以將減振器耗散掉的能量進(jìn)行回收，還可以將能量提供給半主動(dòng)懸架進(jìn)行懸架半主動(dòng)控制[1-7]；從而不僅提高了車輛的平順性與操縱穩(wěn)定性，還可以實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)懸架的能量自供給[8-12]。目前饋能型半主動(dòng)懸架作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式主要有液壓蓄能式與電磁蓄能式。電磁蓄能式作動(dòng)器響應(yīng)快、作動(dòng)精度高、能量轉(zhuǎn)化效率高，便于應(yīng)用推廣[13-15]，但目前的電磁蓄能式作動(dòng)器饋能電機(jī)會(huì)隨著懸架的上下振動(dòng)而重復(fù)正反轉(zhuǎn)，不利于能量回收與半主動(dòng)控制。

本文提出了一種并聯(lián)式滾珠絲杠車輛半主動(dòng)懸架作動(dòng)器結(jié)構(gòu)。該作動(dòng)器可以將絲杠的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸的單向轉(zhuǎn)動(dòng)并增大電機(jī)轉(zhuǎn)速，避免了饋能電機(jī)高頻正反轉(zhuǎn)，提高了能量回收效率。該作動(dòng)器具有阻尼力范圍廣、結(jié)構(gòu)可靠性高、傳動(dòng)效率高、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。本文建立了滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)并研制了滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器樣機(jī)，對(duì)滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器的饋能特性、阻尼特性進(jìn)行了仿真，并進(jìn)行了滾珠絲杠作動(dòng)器饋能特性試驗(yàn)。

1 滾珠絲杠作動(dòng)器方案設(shè)計(jì)

1.1 滾珠絲杠作動(dòng)器結(jié)構(gòu)與原理

滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)車輪受到路面激勵(lì)進(jìn)行上下跳動(dòng)時(shí)，下吊耳帶動(dòng)絲杠螺母上下移動(dòng)，絲杠進(jìn)行正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Ball screw type semi-active suspension actuator diagram

該結(jié)構(gòu)中，棘輪機(jī)構(gòu)外所嵌套的齒輪進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可與棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)合并傳輸動(dòng)力，逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒輪空轉(zhuǎn)不傳輸動(dòng)力，因此無(wú)論作動(dòng)器處于伸張行程還是壓縮行程，齒輪箱都可以將絲杠的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸的單向轉(zhuǎn)動(dòng)，并增大轉(zhuǎn)速，此時(shí)直流電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能。另外并聯(lián)式滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器可以通過(guò)控制電機(jī)回路中的等效電阻，改變電機(jī)的電磁力矩，經(jīng)過(guò)齒輪箱的轉(zhuǎn)矩放大，輸出一個(gè)可控的阻尼力，實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器的半主動(dòng)控制。該作動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、傳動(dòng)效率高。

當(dāng)作動(dòng)器處于伸張行程時(shí)(圖2)，作動(dòng)器下殼體與絲杠螺母垂直向下平動(dòng)，滾珠絲杠順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，絲杠軸與絲杠軸齒輪也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二軸第二齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二軸第二齒輪與第二軸棘輪空轉(zhuǎn)，不傳輸動(dòng)力，輸出軸第二齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)輸出軸棘輪和輸出軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則電機(jī)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)輸出軸和輸出軸第一齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，中間軸齒輪和中間軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二軸第一齒輪和第二軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與第二軸棘輪轉(zhuǎn)向相反，則第二軸棘輪仍然空轉(zhuǎn)。

1.絲杠軸齒輪 2.絲杠軸 3.第二軸第一齒輪 4.第二軸棘輪 5.第二軸第二齒輪 6.中間軸 7.中間軸齒輪 8.輸出軸 9.輸出軸第一齒輪 10.輸出軸棘輪 11.輸出軸第二齒輪 12.電機(jī)軸圖2 作動(dòng)器伸張行程齒輪箱傳動(dòng)示意圖Fig.2 The gear box transmission of actuator stretching diagram

當(dāng)作動(dòng)器處于壓縮行程時(shí)，情況與圖2相反，作動(dòng)器下殼體與絲杠螺母垂直向上平動(dòng)，滾珠絲杠逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，絲杠軸與絲杠軸齒輪也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則第二軸第二齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸出軸第二齒輪逆時(shí)針空轉(zhuǎn)，不傳輸動(dòng)力，而第二軸第二齒輪帶動(dòng)第二軸棘輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn),第二軸和第二軸第一齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，中間軸與中間軸齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸出軸第一齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸出軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸出軸第二齒輪與輸出軸棘輪仍然空轉(zhuǎn)。

無(wú)論作動(dòng)器處于伸張行程還是壓縮行程，均可以通過(guò)該齒輪箱，使得電機(jī)軸始終朝同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且能增大電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣，不僅避免了電機(jī)頻繁的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且提高了能量回收效率。

1.2 滾珠絲杠作動(dòng)器參數(shù)選型

滾珠絲杠選用國(guó)標(biāo)系列尺寸，絲杠小導(dǎo)程可以提高饋能效率、提高半主動(dòng)控制精度，因此選擇的滾珠絲杠導(dǎo)程較小。為應(yīng)對(duì)在車輛行駛過(guò)程中可能出現(xiàn)的較大沖擊，提高作動(dòng)器的承載能力，選擇較大絲杠直徑。在此選擇的滾珠絲杠直徑d=25 mm，導(dǎo)程l=10 mm，絲杠長(zhǎng)度L=350 mm。

永磁直流無(wú)刷電機(jī)體積小、質(zhì)量輕、效率高、低速性能好，與滾珠絲杠作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)特性相匹配，因此本文選用直流無(wú)刷電機(jī)。具體參數(shù)為：額定電壓Ue=48 V，額定功率Pe=500 W，電機(jī)內(nèi)阻Rn=0.15 Ω。

作動(dòng)器齒輪箱采用6個(gè)圓柱直齒齒輪，齒深均為2.25 mm，齒厚均為10 mm。該齒輪重合系數(shù)大、傳動(dòng)平穩(wěn)、齒輪強(qiáng)度高。具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：絲杠軸齒輪齒數(shù)z1=100，第二軸第一齒輪齒數(shù)z2=30，第二軸第二齒輪齒數(shù)z3=80，輸出軸第二齒輪齒數(shù)z4=40，輸出軸第一齒輪齒數(shù)z5=30，中間軸齒輪齒數(shù)z6=30。

作動(dòng)器樣機(jī)如圖3所示，其傳動(dòng)部件較多，部件的隨機(jī)制造誤差、齒輪齒側(cè)間隙、嚙合誤差、受載變形等均會(huì)對(duì)作動(dòng)器響應(yīng)速度產(chǎn)生影響。為了提高該作動(dòng)器的響應(yīng)速度,圓柱直齒齒輪材料為鋁制材料，采用線切割工藝進(jìn)行加工，這樣不僅減小了齒輪的質(zhì)量，還減小了齒輪的隨機(jī)制造誤差；齒輪箱外殼采用加工中心進(jìn)行加工，只選取一個(gè)定位面，保證各軸的同軸度，減小齒側(cè)間隙與嚙合誤差；由于作動(dòng)器處于中低速運(yùn)動(dòng)，且圓柱直齒齒輪之間徑向載荷與沖擊較小，因此齒輪受載變形量很小。該作動(dòng)器的響應(yīng)速度較好。

圖3 作動(dòng)器樣機(jī)Fig.3 The actuator prototype

2 滾珠絲杠作動(dòng)器數(shù)學(xué)模型的建立

2.1 作動(dòng)器力學(xué)模型

作動(dòng)器傳動(dòng)部件較多，傳動(dòng)較復(fù)雜，其中滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)副摩擦和齒輪之間的摩擦?xí)?duì)傳動(dòng)效率有較大影響，因此需要重點(diǎn)考慮。

根據(jù)所選用滾珠絲杠的參數(shù)，滾珠絲杠的螺紋升角

(1)

由于滾珠絲杠副中滾珠螺母與螺紋滾道為滾動(dòng)摩擦，且有潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，因此滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是傳動(dòng)效率較高。該作動(dòng)器中滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率

(2)

式中，ρ為當(dāng)量摩擦角，在此取ρ=0.2°。

作動(dòng)器齒輪箱中有6個(gè)圓柱直齒齒輪，在作動(dòng)器壓縮與伸張行程中均參與傳動(dòng)，因此齒輪箱的傳動(dòng)效率

(3)

式中，ηc為圓柱直齒齒輪傳動(dòng)效率，在此取ηc=0.98。

本作動(dòng)器中齒輪箱輸出軸與電機(jī)軸采用梅花聯(lián)軸器用花鍵連接，其傳動(dòng)效率η3=0.99。

作動(dòng)器總傳動(dòng)效率

η=η1η2η3=85.2%

(4)

作動(dòng)器阻尼力

(5)

式中，KT為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)；v1為作動(dòng)器輸入端速度；v2為作動(dòng)器輸出端速度。

阻尼系數(shù)

(6)

2.2 作動(dòng)器饋能模型

滾珠絲杠作動(dòng)器在伸張行程與壓縮行程具有不同傳動(dòng)比，因此需要單獨(dú)分析。伸張行程饋能電壓

(7)

(8)

式中，nS為伸張行程齒輪箱傳動(dòng)比；ke為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。

壓縮行程饋能電壓

(9)

(10)

式中，nY為壓縮行程齒輪箱傳動(dòng)比。

在一個(gè)完整的壓縮與伸張行程中，滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架總的饋能電壓

(11)

當(dāng)作動(dòng)器收到路面不平度輸入時(shí)，作動(dòng)器提供阻尼力對(duì)振動(dòng)進(jìn)行衰減，電機(jī)做功

(12)

部分振動(dòng)能量還會(huì)通過(guò)阻尼器轉(zhuǎn)換成熱量耗散掉，其做功

(13)

當(dāng)Fp(v2-v1)>0時(shí),即作動(dòng)器輸出力方向與作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)速度方向相反時(shí)，作動(dòng)器處于半主動(dòng)作用模式，此時(shí)作動(dòng)器消耗的能量

(14)

當(dāng)Fp(v2-v1)<0時(shí),即作動(dòng)器輸出力方向與作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)速度方向相同時(shí)，作動(dòng)器處于被動(dòng)饋能狀態(tài)，此時(shí)不需要作動(dòng)器輸出半主動(dòng)阻尼力，因此作動(dòng)器可回收的能量

(15)

式中,I為電流。

可得到作動(dòng)器饋能效率

(16)

3 滾珠絲杠作動(dòng)器特性仿真分析

3.1 阻尼力特性

利用MATLAB/Simulink軟件對(duì)滾珠絲杠作動(dòng)器進(jìn)行阻尼力仿真，在1 Hz振動(dòng)頻率下進(jìn)行不同振幅A的被動(dòng)阻尼力仿真，結(jié)果如圖4所示。在10 mm振幅下進(jìn)行不同頻率f的被動(dòng)阻尼力仿真，其結(jié)果如圖5所示。在1 Hz、10 mm正弦振動(dòng)下，不同外接負(fù)載時(shí)作動(dòng)器阻尼力如圖6所示。

圖4 1 Hz頻率下不同振幅的作動(dòng)器阻尼力Fig.4 The actuator damping force of different amplitude under 1 Hz frequency

圖5 10 mm振幅下不同頻率的作動(dòng)器阻尼力Fig.5 The actuator damping force of different frequency under 10 mm amplitude

圖6 不同外接電阻時(shí)的作動(dòng)器阻尼力Fig.6 The actuator damping force of different resistance

滾珠絲杠作動(dòng)器的被動(dòng)阻尼力仿真結(jié)果表明，隨著振幅與頻率的增大，懸架運(yùn)動(dòng)的最大速度也隨之增大，作動(dòng)器阻尼力也隨之增大，作動(dòng)器對(duì)振動(dòng)的衰減能力增強(qiáng)，在低頻振動(dòng)下可以產(chǎn)生的阻尼力為0～1200 N，因此本作動(dòng)器衰減振動(dòng)的能力良好。

3.2 饋能特性

利用MATLAB/Simulink軟件對(duì)滾珠絲杠作動(dòng)器進(jìn)行饋能仿真。1 Hz振動(dòng)頻率下不同振幅的饋能仿真結(jié)果如圖7和圖8所示；10 mm振幅下不同頻率的饋能仿真結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖7 1 Hz頻率下不同振幅的饋能電壓Fig.7 The energy recovery voltage of different amplitude under 1 Hz frequency

圖8 1 Hz頻率下不同振幅的饋能功率Fig.8 The energy recovery power of different amplitude under 1 Hz frequency

圖9 10 mm振幅下不同頻率的饋能電壓Fig.9 The energy recovery voltage of different frequency under 10 mm amplitude

圖10 10 mm振幅下不同頻率的饋能功率Fig.10 The energy recovery power of different frequency under 10 mm amplitude

滾珠絲杠作動(dòng)器的饋能仿真結(jié)果表明，在1～3 Hz振動(dòng)頻率、10～20 mm的振動(dòng)幅度下，振幅對(duì)饋能電壓與饋能功率的影響較大，在不外接升壓放大電路的情況下，滾珠絲杠作動(dòng)器在低頻振動(dòng)下可以產(chǎn)生的電壓為0～6 V，產(chǎn)生的饋能功率為0～80 W。

滾珠絲杠作動(dòng)器的饋能效率分析如圖11和圖12所示。

1.f=3 Hz時(shí)耗散的能量 2.f=3 Hz時(shí)回收的能量 3.f=2 Hz時(shí)耗散的能量 4.f=2 Hz時(shí)回收的能量 5.f=1 Hz時(shí)耗散的能量 6.f=1 Hz時(shí)回收的能量圖11 10 mm振幅不同頻率下作動(dòng)器饋能情況Fig.11 The energy recovery situation of different frequency under 10 mm amplitude

1.A=20 mm時(shí)耗散的能量 2.A=20 mm時(shí)回收的能量 3.A=15 mm時(shí)耗散的能量 4.A=15 mm時(shí)回收的能量 5.A=10 mm時(shí)耗散的能量 6.A=10 mm時(shí)回收的能量圖12 1 Hz頻率不同振幅下作動(dòng)器饋能情況Fig.12 The energy recovery situation of different amplitude under 1 Hz frequency

根據(jù)圖11、圖12所示的作動(dòng)器饋能情況，根據(jù)式(16)可以計(jì)算出作動(dòng)器的饋能效率，如表1、表2所示。

表1 10 mm振幅不同頻率下饋能效率Tab.1 The energy recovery efficiency of different frequency under 10 mm amplitude

表2 1 Hz頻率不同振幅下饋能效率Tab.2 The energy recovery efficiency of different amplitude under 1 Hz frequency

滾珠絲杠作動(dòng)器的饋能效率仿真結(jié)果表明，在振動(dòng)頻率為1～3 Hz、振動(dòng)幅度為10～20 mm時(shí)作動(dòng)器的能量回收效率為41.61%～48.72%，且振動(dòng)頻率與振幅越大，能量回收效率越高。

4 滾珠絲杠作動(dòng)器特性試驗(yàn)

4.1 直流無(wú)刷電機(jī)試驗(yàn)

直流無(wú)刷電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)ke和電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)KT對(duì)電機(jī)特性有很大影響，因此要得到滾珠絲杠作動(dòng)器饋能特性與阻尼力特性，必須先得到其直流無(wú)刷電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)ke和電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)KT。本文采用試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，主要設(shè)備有直流無(wú)刷電機(jī)、陪測(cè)電機(jī)、變頻器和聯(lián)軸器，試驗(yàn)臺(tái)如圖13所示。

圖13 直流無(wú)刷電機(jī)饋能特性試驗(yàn)Fig.13 Brushless dc motor energy recovery character test

被測(cè)電機(jī)為滾珠絲杠半主動(dòng)作動(dòng)器的直流無(wú)刷電機(jī)，額定電壓為48 V，額定功率為500 W。陪測(cè)電機(jī)為三相異步變頻電機(jī)，其額定電壓為380 V，額定功率為3 kW，額定轉(zhuǎn)速為2890 r/min。由于變頻器可以將頻率在電機(jī)外調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，因此可以對(duì)三相異步變頻電機(jī)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。

通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的頻率可改變陪測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，陪測(cè)電機(jī)與直流無(wú)刷電機(jī)使用花鍵通過(guò)梅花聯(lián)軸器進(jìn)行連接，可同步轉(zhuǎn)動(dòng)，因此就可以測(cè)得直流無(wú)刷電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)峰值。該直流無(wú)刷電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下反電動(dòng)勢(shì)峰值的試驗(yàn)擬合結(jié)果如圖14所示。

圖14 直流無(wú)刷電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)曲線Fig.14 Brushless DC motor counter electromotive force curve

根據(jù)圖14可計(jì)算出反電動(dòng)勢(shì)曲線的斜率

(17)

式中，Vmax為被測(cè)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)峰值，V；n為被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)擬合曲線斜率，可以計(jì)算得到被測(cè)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)

(18)

則電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)

(19)

4.2 滾珠絲杠作動(dòng)器饋能特性試驗(yàn)

滾珠絲杠作動(dòng)器試驗(yàn)系統(tǒng)如圖15所示，振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)下部可進(jìn)行不同頻率與振幅的振動(dòng)，上端固定。在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)滾珠絲杠作動(dòng)器進(jìn)行不同振幅與頻率的饋能試驗(yàn)。

圖15 滾珠絲杠作動(dòng)器饋能試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.15 Ball screw actuators energy recovery test system

饋能電壓經(jīng)過(guò)整流器整流濾波以后，通過(guò)示波器與數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集，試驗(yàn)結(jié)果如圖16和圖17所示。

圖16 10 mm振幅下不同頻率的饋能電壓Fig.16 The energy recovery voltage of different frequency under 10 mm amplitude

圖17 1 Hz頻率下不同振幅的饋能電壓Fig.17 The energy recovery voltage of different amplitude under 1 Hz frequency

由于在MATLAB/Simulink仿真模型中未加入整流濾波器的模型，因此試驗(yàn)結(jié)果與仿真圖形不一致，但結(jié)果相近。

由圖16、圖17可以看出，在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的滾珠絲杠作動(dòng)器饋能試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了本結(jié)構(gòu)作動(dòng)器的饋能可行性。在試驗(yàn)中受到一些實(shí)際的干擾因素影響后，其饋能電壓較仿真結(jié)果低，進(jìn)行整流與濾波之后，在低頻振動(dòng)下饋能電壓為2～5 V，本試驗(yàn)為后續(xù)的能量回收與能量管理研究奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

(1)提出了一種并聯(lián)式滾珠絲杠半主動(dòng)懸架作動(dòng)器。該作動(dòng)器可以將路面不平度引起的車輪上下振動(dòng)，通過(guò)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)和并聯(lián)的齒輪箱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為直流無(wú)刷電機(jī)的單向轉(zhuǎn)動(dòng)，將懸架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行回收利用。

(2)建立了作動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型，利用Simulink對(duì)作動(dòng)器進(jìn)行了作動(dòng)器阻尼力仿真與作動(dòng)器饋能特性仿真。仿真結(jié)果表明，作動(dòng)器阻尼力為0～1200 N，且隨著懸架運(yùn)動(dòng)速度的增大，作動(dòng)器阻尼力也隨之增大，作動(dòng)器衰減振動(dòng)的能力也隨之增大。作動(dòng)器在低頻振動(dòng)下可以產(chǎn)生的饋能電壓為0～6 V，饋能功率為0～80 W，饋能效率為41.61%～48.72%，且隨著振動(dòng)頻率與振幅的增加而提高。

(3)在參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了作動(dòng)器物理樣機(jī)的試制，并利用現(xiàn)有的振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了作動(dòng)器饋能特性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明其在低頻振動(dòng)下可產(chǎn)生的電壓為2～5 V。

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(編輯袁興玲)

ResearchonaParallelTypeSemi-activeSuspensionActuator

KOU Farong LIANG Jin WEI Dongdong WANG Xing TIAN Lei

College of Mechanical Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an,710054

U463.33;TH132.1

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.19.008

2017-03-30

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51775426,51275403);陜西省教育廳服務(wù)地方專項(xiàng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(17JF017);西安市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2017079CG/RC042-XAKD007)

寇發(fā)榮，男，1973年生。西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授。主要研究方向?yàn)檐囕v振動(dòng)與主動(dòng)控制。發(fā)表論文40余篇。E-mail：342546738@qq.com。梁津，男，1993年生。西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。魏冬冬，男，1991年生。西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。王星，女，1982年生。西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院講師。田蕾，女，1996年生。西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。