电磁直驱变速器优化设计与可行性分析

提出一种针对电动汽车中集成电磁直线驱动装置的电磁直驱变速器DAMT(Direct-Driving Automated Mechanical Transmission),利用仿真与实验分析其换挡性能。该变速器联合了直驱技术与机械变速器的优势,利用电磁直线驱动装置直接驱动两挡一体式接合套完成换挡。以换挡力与换挡力衰减率为目标,通过退火粒子群-有限元算法对换挡执行机构参数优化;研究电磁直驱变速器换挡机理对换挡过程分阶段建模仿真;搭建DAMT样机与试验台,进行了典型工况换挡实验。实验结果表明,电磁直驱变速器在转速差220 r/min、被同步端转动惯量0.04 kg?m~2工况下换挡时间为148 ms,同步时间为109 ms。实验结果验证了建模的准确性和电磁直驱变速器的可行性。     

用于单驱动电动开启门锁保险支链的双层柔顺间歇机构

针对汽车门锁单电机驱动实现电动开启及电动保险功能的需求,基于恒力弹簧弹性力不随行程变化而改变的特性,构造了协同电动开启和电动保险支链运动的新型双层柔顺间歇机构.正向驱动组件由撑杆通过杠杆支撑刚化拨杆拨动型面拨盘;反向驱动组件由拨杆受拨盘扭簧力阻力作用与撑杆脱离,拨杆绕杠杆中心旋转,顺应拨盘型面滚滑.该机构有初始支撑保持、刚性支撑拨动及柔顺避让适应型面多种运动模式,正反向转动实现双层多运动模式切换.该机构在门锁狭小空间内仿真,可实现多工况下开启机构与保险机构的确定运动与复位运动;比较拨杆与保险盘的接触力,使用恒力弹簧时最大值较小且变化幅度平稳,满足与其他支链兼容适应性.仿真结果表明,机构在30.8 ms内实现单独解保险,97 ms内顺序实现解保险及电动开启,68.9 ms内实现单独上保险.     

发动机电磁驱动配气机构性能试验

为验证自行研制的动圈式电磁驱动配气机构（EMVT）柔性化控制气门运动的能力及其运行稳定性，搭建了以数字信号处理器（DSP）为核心控制器的试验平台并进行了相关性能试验。提出了EMVT实际应用于发动机进气系统的控制系统方案，搭建了基于dSPACE系统和CAN总线的半实物仿真试验平台。试验结果表明，该电磁驱动配气机构的气门开启和关闭的最小过渡时间为2.7ms，平均气门落座速度为0.028m/s  ，满足高速响应和缓落座的要求，且功耗较小；每个气门均可独立控制；可对配气定时、气门开启持续期、气门过渡时间、气门升程等参数实现柔性化调节；在低、中、高转速下都能长时间稳定运行。半实物仿真试验也验证了所提控制系统方案的可行性。     

电控机械式自动变速器时序重叠换挡系统设计与研究

为解决电控机械式自动变速器（AMT）动力中断时间过长的问题,研制了一种基于电磁直线执行器的时序重叠换挡系统。介绍了关键部件电磁直线执行器的结构和工作原理,建立了机、电、磁耦合的系统模型,并通过实验进行了性能分析。提出了时序重叠换挡的控制策略,基于二自由度控制原理设计了位置复合控制器。仿真和实验结果表明,提出的位置复合控制器具有较好的系统响应和扰动抑制特性;在转速差为500 r/min、被同步惯量为0.01 kg·m2条件下,采用时序重叠换挡方式由2挡换至3挡的换挡时间约为130 ms,时序重叠控制减少时间约20 ms,换挡时间缩短15%以上。     

机电液混合驱动直线执行器构型设计与性能测试

针对阀控液压缸节流损失大,电机械执行器带载能力弱的问题,通过液压缸活塞与电机械执行器螺母刚性连接的方式,将两类执行器集成为新型的机电液混合驱动直线执行器,主要由电机械驱动机构和液压驱动机构组成。电机械驱动机构用于执行器运动控制,液压驱动机构具有功率放大功能,用于提高执行器带载能力。研究中,活塞杆设计为中空结构用于长行程丝杠的安装,活塞上增设有通油孔用于油液的快速流通。通过密封设计,将活塞两侧设计为可充高压油液的容腔,采用ANSYS Workbench有限元软件对新型执行器零部件进行强度校核。最后,制造执行器试验样机并构建性能测试平台,测试结果表明,设计的机电液混合驱动直线执行器密封效果良好,运动过程中启制动平稳,具有良好的速度与位置控制特性;执行器液压驱动机构增力效果显著,且节流损失较小。所提机电液混合驱动直线执行器融合了液压驱动和电机械驱动的优点,为实现高能效高功率密度直线驱动提供了一种新的思路。     

直线压缩机用动磁式直线振荡执行器损耗分析

直线压缩机驱动用直线振荡执行器的损耗与输入激励、运行工况、执行器自身结构与材料等有关,损耗的大小直接影响执行器温升的变化,进而影响执行器的性能与工作效率。研究了动磁式直线振荡执行器的结构与工作原理,对其损耗进行了分类,建立了铜损以及基于分离铁耗铁损的数学模型。利用有限元软件对压缩机共振工况下执行器的损耗进行了仿真,并通过锁定动子的试验验证了仿真模型的可靠性。     

压电驱动水压换向阀中放大机构的设计

为解决传统电磁换向阀耗能高的缺点,采用压电陶瓷来驱动水压换向阀。在文中提出了压电驱动水压液压换向阀的结构形式,设计了所需大输出位移的柔性铰链结构,对本柔性铰链进行了理论的位移损失分析,最终对不同负载力下柔性铰链输出位移进行了仿真。分析与仿真表明:本柔性铰链放大机构在负载力70N时,输入端位移为0.05mm时,输出位移为0.346mm,此时放大倍数为6.92。     

电磁驱动配气机构的反演滑模控制

为了满足电磁气门的应用要求，在分析自行研制的电磁驱动配气机构结构特点和建立其数学模型的基础上，提出了一种电磁驱动配气机构新型控制方法，该控制方法是基于反演法思想，将自适应控制与滑模控制优点相结合的复合型控制方法。仿真结果表明，该控制方法可以精确控制气门运动，对系统参数变化和外部干扰均具有良好的鲁棒性能。为了验证该控制方法的有效性，建立实验平台进行了实验。当设定气门升程为8 mm, 理想气门过渡时间为4.8 ms时，实验结果与仿真结果相近。由实验结果可知，气门过渡时间为3.3 ms，落座速度为0.055 m/s。     

高速开关阀驱动电路的仿真与试验研究

高速电磁开关阀与普通电磁阀相比具有较快的切换速度,开关切换时间一般在10 ms以内,其开关切换时间与其驱动电路有着密切关系.为了缩短高速电磁阀的切换时间,根据高速开关阀的驱动需求,基于通用集成电路及分立元件设计了一种新型的驱动电路.该电路能独立设置峰值电流、保持电流以及峰值电流持续时间等控制参数.仿真和试验结果表明,该...     

直驱燃气调节阀的高精度高响应控制策略研究

针对固体姿轨控制系统燃气调节阀在精度和响应上日益提高的性能需求,提出了一种动圈式电磁直线执行器直驱燃气调节阀的方案。通过分析其原理及特点,提出了基于逆系统+PI分段控制的方法:对于整个运动过程采用逆系统控制方案,确保系统快速响应;趋近于目标位移时采用PI控制方法,实现对位置的精准控制。基于Simulink建立了直驱燃气调节阀的仿真模型,并搭建试验系统。通过仿真和试验验证了控制算法的有效性,结果表明:在任意目标行程下的响应时间小于10 ms, 阀芯位移控制精度达到±0.02 mm,控制算法不仅满足高响应和高精度的性能要求,同时还具有一定抗负载扰动能力和对参数变化的鲁棒性。     

尺蠖式直线微驱动器的设计

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。     

一种新型液压阀用电磁驱动机构的设计与研究

针对液压阀换向时带来较大冲击的不足，设计了一种新型液压阀用电磁驱动机构，该驱动机构由1个双稳态永磁操动机构、1个磁流变液阻尼器（MRD）和1个隔磁铜片（安装在上述2个装置之间）串联而成，具有降低、调节液压冲击的作用。根据双稳态永磁操动机构的静态保持力和换向力的要求，对双稳态永磁操动机构进行设计，然后利用Maxwell软件对其进行电磁仿真分析；根据双稳态永磁操动机构换向过程中的受力情况，对MRD所需产生的阻尼力的大小及调节范围对MRD提出要求；结合Maxwell软件对MRD进行电磁场仿真分析，利用MATLAB软件对MRD的结构进行优化设计。     

A novel design of active accelerator pedal using linear electromagnetic actuator

This paper describes a novel design of an active accelerator pedal(AAP) using a linear electromagnetic actuator that transfers warning messages recognized by the automobile from the sensors to the driver. In an emergency driving situation, the electromagnetic actuator creates additional pedal forces such as active pedal force and vibration force. In a passive situation however, the actuator does not produce additional force. In the past, a system with a rotary actuator was developed for AAP but was found to have critical drawbacks such as inaccurate movement by backlash and torque occurrence due to the high gear ratio. This research, therefore, aims to solve these drawbacks and maximize car safety by optimizing the electromagnetic linear actuator. Finite element analysis is performed to analyze the coupled system of electric, magnetic, and mechanical subsystems, and to characterize the dynamic performance of the proposed actuator system. A novel design of the AAP system with the optimized electromagnetic linear actuator is developed. The dynamic characteristics of the AAP system are simulated by a 3D dynamic analysis software program. Satisfactory results were obtained. Finally, the test result and the simulation result of the AAP system are compared.     

考虑定位力及波纹力的电磁悬架作动器波动力抑制方法

针对轮边驱动电动汽车设计了一种直驱式的电磁悬架作动器。针对作动器存在的电磁力波动大的问题,提出了从空载定位力及负载波纹力两方面进行抑制的方法。建立作动器的磁场理论计算模型,通过对绕组磁链及感应电动势进行解析,验证了有限元模型的正确性。空载情况下基于有限元模型参数化分析了端部齿长度对定位力的影响,改进了定子长度。以感应电动势总谐波畸变率THD值作为评价指标,考虑了负载情况下的波纹力,通过改进槽口的宽度,以减小THD值及电磁力的波动。结果表明：当定子长度为182 mm时,定位力最小为24.0N,减小了75.6N;当槽口宽度为4.5 mm时,感应电动势THD值最小为4.5%,波纹力减小了3.2N。改进后作动器电磁力波动值仅为20.8N,降幅为80.1%,有效解决了波动力大的问题。     

伺服电机直驱式电液执行器的研究

介绍了一种伺服电机直驱式电液执行器的组成及其应用背景;比较了伺服电机直驱式电液执行器和传统电液伺服执行器各自的优缺点;基于AMESim仿真软件,建立了伺服电机直驱式电液执行器的仿真模型和进行了系统动态性能的仿真;搭建了伺服电机直驱式电液执行器的实验样机和开展了相关的实验研究。实验结果表明,这种伺服电机直驱式电液执行器能够满足电站等应用场合的实际需要。     

用于垂直面内电磁驱动的装置设计与仿真

采用SolidWorks和ANSYS相结合的方法,设计了一个四极子电磁驱动装置,以实现在垂直平面内对磁球位移的2-D线性控制。在Zhang等人提出的磁力模型基础上,通过ANSYS的仿真计算,对驱动电流与磁球受力平衡位置的关系进行了修正,并验证了该装置能够用于垂直面内二维位移的线性控制。     

新型多模式弹性驱动器的弹跳性能研究

基于人体肌肉的仿生驱动机制,提出一种多模式弹性驱动器,采用电动机带动丝杆螺母串联弹簧,结合相应的刹车离合装置,实现驱动器不同模式的运动,并对其运动模式进行分析;建立弹性强驱动器的动力学方程,进行简谐激励下的弹跳运动研究,并进行不同负载、不同弹性系数下的弹跳运动仿真分析;进行弹性驱动器的运动性能试验研究,分别对弹性驱动器的刹车力、连续弹跳及单次跳跃进行试验,结果表明,弹性驱动器能实现有效刹车,在简谐激励下能实现良好的连续弹跳,在输入的双曲正切信号控制下,能实现良好的单次弹跳;多模式弹性驱动器研究对对深入理解仿生驱动器的运动机理提供了重要的理论基础。     

基于SMA的混合驱动器设计

设计一种SMA一电机并联混合直线驱动器,兼具SMA输出力大与电机位移控制精度高的综合优良性能,实现力与位置双重要求。依据驱动原理,采用3D软件设计该驱动器的结构,并建立其动力学模型,提出一种位置控制策略。通过Adams动力学仿真和Matlab／Simulink动力学与控制系统仿真,验证了该驱动器适用于大负载情况,并能实现位置的精确控制。     

隔膜泵用电磁执行器的软着陆设计与仿真

电磁螺线管驱动器行程短,响应速度较快,从而实现快速动作,常用于快速直线运动的工业应用中,如隔膜泵的直线驱动。在实际应用中,隔膜泵中柱塞的高速冲击大大降低了隔膜的寿命并带来较大的噪声。通过经验公式建立隔膜泵中电磁驱动机构模型,并通过比例积分微分控制对电磁驱动机构模型进行控制,实现柱塞的软着陆,从而提升隔膜泵的性能。通过COMSOL软件分析隔膜泵柱塞在瞬态磁场下柱塞的运动特性,并对驱动控制参数进行调整,最终实现隔膜泵电磁执行器软着陆。     

一种新型复合式电磁驱动燃气喷射装置的设计与分析

作为国际远洋船舶的主要动力装置,采用加入气体燃料的低速柴油机在实现节能减排方面拥有巨大潜力。燃气喷射装置作为缸内直喷的核心执行机构,对内燃机燃烧品质和热效率有着重要影响。针对现有电磁驱动喷射装置存在的流量小、驱动力弱等不足,提出一种新型复合式电磁驱动燃气喷射装置。首先,针对驱动机构及阀体提出新的设计思路,通过有限元方法分析了驱动机构的电磁特性及阀体流动特性,验证了设计可行性;其次,建立喷射装置的CFD仿真模型,归纳了流量特性规律;最后,建立试验平台,测试了驱动机构的稳/动态特性。仿真与试验结果表明,新型复合式电磁驱动燃气喷射装置具有高效节能、快响应、高精度的动态特性,对缸内预混特性等具有显著的改善效果。