开题报告- 电磁作动器结构设计
本科生毕业论文（设计）
开题报告
题 目： 电磁作动器结构设计
学 院：
专 业：
班 级：
学 号： 姓 名：
指导教师 1：
指导教师 2：
一、选题的依据及意义
1. 选题的依据
随着中国人均 GDP 的不断增长，近年来，我国的私人汽车市场也在不断扩
大，人们对汽车的需求，与经济发展程度、居民收入以及道路建设等有密切的
联系。随着私人汽车消费时代的到来，汽车保有量上升的一个重要因素就是国
内汽车消费的快速增长。中国的汽车市场已经成为全国最大的乘用车市场，从
2008 年至 2018 年中国私人汽车拥有量从 3501.39 万辆增长至 20574.93 万辆，
十年来大约增长了 5.88 倍。由于汽车行业科技的发展进步，人们对行驶操纵性
和乘坐舒适性的要求越来越高，汽车配备的悬架系统逐渐由被动悬架往主动悬
架转变，主动悬架系统相对被动悬架系统提高了车辆的稳定性和平顺性，吸引
了人们的目光。主动悬架系统的核心部件——作动器的研究也被愈来愈多的学
者们所重视。
2. 选题的意义
作动器是主动悬架系统中的重要组成，所以它关系到车辆的诸多使用性
能，但主动悬架系统又是一个很复杂且性能难以达到完美的系统，因为它既要
满足车辆的乘坐舒适性，又要能达到车辆操纵稳定性的要求，而这两方面又相
互关联，并非独立的。例如，为了能有良好的乘坐舒适性，需要对车身的振动
进行减振，如此一来悬架弹簧就要求刚度较小，但弹簧刚度小了却很容易使车
辆频繁地发生“点头”、“抬头”和侧倾等严重的恶性现象，同时还会降低车
辆的转向性能，容易导致汽车操纵不稳定。
作为车辆主动悬架系统的核心部件之一的作动器或执行器（即 力发生
器），其性能的好坏对控制算法和悬架系统甚至整车性能都有者不容忽视的影
响，因此对作动器的深入研究非常重要。迄今为止，研究者们开发了多种不同
类型的主动悬架作动器，归纳起来大致可分为：机械式作动器、电磁式作动
器、电液式作动器以及液压式作动器。在上述主动悬架执行机构中，随着电磁
理论的不断完善和大功率电子器件的优化，它们的价格也越来越低，机械式和
液压式作动器执行机构存在结构复杂、密封泄漏、重量大、成本高、安全可靠
等诸多问题。采用电磁式作动器作为主动悬架力发生器已成为当前研究的热
点。同时，电磁主动悬架还具有能量回收的潜力，这与当前“节能环保”的主
题是一致的。
因此，对主动悬架系统与悬架作动器的设计与控制等方面的研究具有十分现实
的意义。
二、国内外相关研究简介
由于电磁式作动器结构形式不同，可以将其分为直线电机式和旋转电机
式，前者之间将电能直接转化为机械能，后者输出或输入转矩，通过传动装置
将旋转动能转化为直线动能。
1. 国外相关研究简介
美国的纽约大学 Brown 教授等研究人员（2000 年）完成了一种新型的主动
电控悬架系统的开发(ECASS)，该主动悬架系统主要思路是将旋转电机的旋转运
动通过齿轮齿条机构相互配合传动作为作动器，通过台架实验和道路实测来验
证了此悬架系统，结果也表明该系统可提高汽车平顺性。
捷克布拉格科技大学的 Antonin（2009 年）等人对使用直线电机作为的作
动器主动悬架系统进行了能量管理以及回收的研究，使用线性电机可以将垂直
汽车振动的机械能转换为电能储存起来并在需要时使用它。
爱因霍芬理工大学的 Gysen 和 Paulides 等人（2010 年）所研究的主动悬架
系统采用了电磁作动器，该作动器是由永磁直线电机组成，并选用控制方法与
被动悬架系统做了对比实验。
日本本田技研工业株式会社的大野智史和丰平朝弥等人（2018 年）发明了
一种电磁悬架装置。此装置分为三个部分：电磁作动器部分、信息获取部分和
驱动力控制部分。作动器布置在车轮与车身之间，还与弹簧部件并列布置，其
主要作用如下：产生衰减动作及伸缩动作的驱动力；信息获取部主要获取电磁
作动器的冲程位置；驱动力控制部主要根据冲程位置来控制目标惯性补偿。
2. 国内相关研究简介
喻凡教授团队（2005 年）对主动悬架系统的控制器进行了研究，开发出一
款馈能式主动电磁悬架，再之后研制出了滚珠螺杆与无刷电机相结合的作动
器，并将它用于馈能式的电磁主动悬架，并且通过实验测试，验证了作动器的
合理性和可行性。
重庆大学的岳广照（2010 年）在探讨电磁作动器工作原理和影响因素的基
础上，对电磁作动器进行了结构设计和电磁分析。建立了电磁作动器基于集总
元件的数学模型以及有限元模型，并进行了对比分析。详细探讨了结构参数、
材料参数、电气参数等因素对电磁作动器电磁力的影响，得到了电磁力随之改
变的幅度和规律，为作动器的优化设计提供了方法和建议。
重庆大学的来飞（2012 年）基于有限元分析方法，开发了一种电磁作动
器，作者把悬架的最优控制理论和作动器的矢量控制法相结合，形成外环控制
和内环控制，并对悬架系统进行了仿真和分析，其结果也证明了该系统具有较
好的减振性能。
重庆大学的罗虹教授（2012 年）对三相感应式圆筒型直线电机开展了深入
研究，还将该直线电机用于主动电磁悬架，并且进行了四分之一车的台架实
验，其结果表明电磁悬架的隔振性能较好，同时馈能效果也比较好。
哈尔滨工业大学的张周磊（2015 年）设计了一种永磁弹簧式电磁作动器，
作者运用有限元软件分析磁路结构对永磁弹簧刚度和气隙磁通密度的影响，确
定永磁弹簧式电磁式作动器的结构并加工出样机，根据输出力特性试验结果和
磁路仿真结果证明该作动器具有良好的减振性能。
北京理工大学的王思远（2017 年）基于某乘用车设计并研究圆筒形永磁同
步直线电机的电磁主动悬架，并给出了以其为作动器的电磁主动悬架结构设计
方案，主要研究了圆筒型永磁同步直线电机结构和工作原理的认识,建立其数学
模型，根据电机作用, ,计算电机的电磁参数,确定电机设计参数，并利用
ANSYS Maxwell 建 立 圆筒型永磁同步直 线 电机有限元模型，利
用Matlab/Simulink,针对 1/4 车电磁悬架设计最优控制器,在B级 30m/s 和E级
路面 10m/s 的工况下对B、C、SUV 等车型均进行了仿真,结果表明:该电机构成
的电磁悬架可有效改善车辆平顺性。
摘要：
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本科生毕业论文（设计）开题报告题目：电磁作动器结构设计学院：专业：班级：学号：姓名：指导教师1：指导教师2：一、选题的依据及意义1.选题的依据随着中国人均GDP的不断增长，近年来，我国的私人汽车市场也在不断扩大，人们对汽车的需求，与经济发展程度、居民收入以及道路建设等有密切的联系。随着私人汽车消费时代的到来，汽车保有量上升的一个重要因素就是国内汽车消费的快速增长。中国的汽车市场已经成为全国最大的乘用车市场，从2008年至2018年中国私人汽车拥有量从3501.39万辆增长至20574.93万辆，十年来大约增长了5.88倍。由于汽车行业科技的发展进步，人们对行驶操纵性和乘坐舒适性的要求越来越高，...
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作者：闻远设计
分类：课程设计课件资料
价格：10光币
属性：7 页
大小：19.91KB
格式：DOCX
时间：2023-11-17
