[51775426·工程与材料科学·机械设计与制造·机械动力学]AI

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

未公开

项目受资助机构

未公开

项目编号

51775426

立项年度

2017

立项时间

未公开

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

60.00万元

学科

工程与材料科学-机械设计与制造-机械动力学

学科代码

E-E05-E0503

基金类别

面上项目

关键词

主动悬架 ; 协调控制 ; 可调阻尼减振器 ; 自供能 ; 电磁直线作动器 ; electro-magnetic linear actuator ; adjustable damper ; self-powered ; active suspension ; coordinated control

参与者

未公开

参与机构

未公开

项目标书摘要:车辆主动悬架在获得良好减振性能的同时,却消耗大量能量。将电磁直线作动器与电磁阀可调减振器集成,提出基于EMLHA(electro-magnetic linear hybrid actuator)电磁直线混合作动器的自供能主动悬架结构。在系统精确建模和参数敏感性分析基础上,利用多目标参数优化法对EMLHA悬架减振与馈能进行协调性优化;设计包含AC-DC同步整流器、双向DC-DC电压变换器、超级电容的可变电压源系统,解决低速时馈能电压较小无法充电问题,提高悬架馈能效率,在控制器作用下实现EMLHA悬架充放电流的双向流动;开展基于功率流分析的EMLHA悬架主动、馈能、半主动、容错模式分层协调切换控制;基于悬架能量平衡条件,实现EMLHA悬架能量自供给。在EMLHA悬架台架试验和实车道路试验基础上,研制集成化、实用化的EMLHA主动悬架样机,为车辆减振性能与能量消耗之间的矛盾问题解决提供新的途径。

Application Abstract: Vehicle active suspension achieves good damping properties,while it consumes a lot of energy.A new kind of self-powered active suspension with electro-magnetic linear hybrid actuator(EMLHA)is proposed to improve the reliability and damping force of active suspension with an electro-magnetic linear actuator,as well as to reduce the suspension cost and demands for the motor rated capacity.Such system consists of EMLHA and variable voltage source system.The EMLHA is composed of an electro-magnetic linear actuator and an adjustable shock absorber with electromagnetic valves.The designed variable voltage source system mainly includes AC-DC synchronous rectifier,bidirectional DC-DC voltage converter and ultra capacitor.The ultra capacitor is used as the electric source to store and release power energy because of some natural advantages such as fast charge and discharge,long life,small size,maintenance-free,easy installation,and so on.When the electro-magnetic linear actuator works as a generator,the induced three-phase AC is transformed into DC through the bridge rectifier.Similarly,when the electro-magnetic linear actuator works as an electric motor,the DC is transformed into the AC through the bridge rectifier again.The DC-DC converter can work in boost and buck modes by means of controlling the power switches.And it overcomes the problem which is that the regenerative suspension doesn’t produce any damping force and the energy isn’t regenerated during low speed motion because of back electro motive voltage being smaller than the power source voltage.As a result,energy regenerative efficiency of the active suspension is improved and bidirectional power flow control is realized.Aiming at the EMLHA active suspension,suspension dynamics models,EMLHA models and control circuit models are separately established.The analyses of the suspension parameter sensitivity are done.By using the multi-objective parameter optimization method,the coordinate optimization for synthetical performance of the EMLHA active suspension is carried out.When the voltage source accepts more energy than it releases,average electric power consumption becomes negative.This is the necessary condition for the proposed self-powered active suspension with EMLHA.Through analyzing the power flow in the EMLHA,the mode switch rules of the EMLHA active suspension are designed.When both actuator output power and electric source power become negative,the electro-magnetic linear actuator acts as a generator,which is regeneration mode.When both actuator output power and electric source power are greater than or equal to zero,the actuator transfers the energy to the suspension from the electric source as active mode.When electric source power is greater than or equal to zero,while actuator output power is less than or equal to zero,the EMLHA accepts energy from the suspension and the electric source.Then,the energy is dissipated in the resistance of the armature and the actuator produces a variable damping force as semi-active mode.The hierarchical coordinated switching controller of the active suspension,which includes inner-loop controller and outer-loop controller,is designed and the coordinated switching control simulations are done.Based on the bench tests and real vehicle tests for the EMLHA active suspension,an integrated and practical prototype of the EMLHA active suspension is developed.It provides a new approach to solving the contradiction between vibration isolation and energy consumption.

项目受资助省

陕西省

项目结题报告(全文)

馈能型主动悬架是汽车悬架技术发展的方向。本项目提出了基于EMLHA(electro-magnetic linear hybrid actuator)电磁直线混合作动器的自供能主动悬架结构。在对电磁直线混合作动器数学建模和有限元建模的基础上,进行了悬架作动器参数敏感性分析和多目标粒子群优化;基于不同行车速度与路面等级构成的行驶工况进行了悬架工作模式划分,开展了不同行驶工况下的天地棚阻尼参数协调性优化分析。进行了超级电容储能装置的参数匹配与测试,设计一种包含AC-DC同步整流器、双向DC-DC电压变换器和超级电容的可变电压源系统,在控制器作用下实现EMLHA悬架充放电流的双向流动,解决低速时无法充电的问题,一定的程度上能够提升了车辆动态性能。当直线电磁作动器出现故障时,可实现EMLHA主动悬架的多模式容错控制;设计了EMLHA主动悬架主动模式、馈能模式、半主动模式分层协调切换控制策略;根据悬架能量平衡条件,可实现EMLHA主动悬架的能量自供给。设计开发了EMLHA主动悬架控制系统和样机,进行了台架试验和实车道路试验,验证了控制策略的有效性,悬架的安全性与舒适性得到提高,为车辆减振性能与能量消耗之间的矛盾问题解决提供新的途径。

  • 排序方式:
  • 1
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  • 1.基于定位氧化掩膜诱导选择性刻蚀的单晶硅表面无损结构加工研究

    • 关键词:
    • 阳极氧化;选择性刻蚀;定位加工;无损纳米结构;扫描探针显微镜
    • 郭光冉
    • 指导老师:西南交通大学 余丙军
    • 学位论文

    单晶硅具有优良的机械、物理和化学性能,因此常常作为半导体微纳加工的重要材料,用来制造太阳能电池、大规模集成电路和半导体相关器件。目前,纳米加工技术得到了快速发展,已经出现了纳米压印技术、光刻技术和聚焦离子束技术等,广泛应用于生物医疗、航空航天和微机电系统。纳米技术在人们生产生活中的全方位渗透,催生出纳米技术的多样化,发展新的纳米加工技术势在必然。基于探针扫描的纳米加工技术,通过控制针尖移动的路径,可以在单晶硅表面加工出各种图案结构;其不仅具有快速、高效的优势,还可以实现定位加工。局部阳极氧化作为基于探针扫描纳米加工的重要应用之一;使用该方法,在单晶硅表面加工出定位掩膜,再结合后续的选择性刻蚀,可望实现无损微纳米结构的加工。本文运用原子力显微镜(AFM)系统考察了基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀的纳米加工过程,研究了加工参数对单晶硅表面纳米结构形成的影响规律;利用导电原子力显微镜(CAFM)对加工的纳米结构进行导电性检测,并结合高分辨透射电子显微镜(HRTEM)进行断面观测,研究了纳米结构的损伤特性;最后在砷化镓表面进行无损加工,进一步探讨本方法的应用。本文的具体研究内容如下:(1)考察了加工参数对单晶硅表面氧化掩膜诱导选择性刻蚀的影响单晶硅表面自然氧化膜不利于其表面高质量阳极氧化掩膜的形成。据此,本文在加工实验前,利用氢氟酸(HF)溶液处理单晶硅表面,去除自然氧化膜,以保障加工前样品表面的一致性。分别考察了阳极氧化扫描速度、溶液选择性刻蚀时间等对所加工结构高度的影响,确定了最佳加工条件,即扫描速度为1.2-16μm/s、选择性刻蚀时间不大于8 min;在不同单晶硅表面上的对比实验表明,Si(100)表面最适合氧化掩膜诱导选择性刻蚀加工。(2)研究了所加工纳米结构的损伤情况利用导电原子力显微镜对所加工的纳米结构进行了导电性检测,其表面的导电性和硅基底无明显差别,可推知其内部无明显损伤;为了进一步考察损伤特性,借助HRTEM观测了所加工的纳米结构的断面,其晶格排布几乎完美。因此,利用氧化掩膜诱导选择性刻蚀的方法可以进行无损微纳米结构的加工。(3)基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀方法的无损结构加工利用AFM的闭环加工,在HF溶液处理后的单晶硅表面通过定位氧化掩膜诱导选择性刻蚀方法,加工了一系列纳米结构图案。同时,采用类似的加工方法,在砷化镓表面进行探针局部阳极氧化-后续刻蚀(稀盐酸刻蚀)后,亦可加工出一系列沟槽结构;经过CAFM的损伤检测后发现,所加工的阵列结构也是无损伤的。基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀的方法可以实现单晶硅和砷化镓表面的无损结构的加工,而且加工方法简单、灵活、成本低。本文研究了基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀加工的规律,并采用导电原子力显微镜(CAFM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析了所加工结构的损伤情况,相关研究有望进一步丰富基于探针扫描技术的纳米加工体系。

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