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谈述永磁汽车永磁缓速器设计和试验学术

收藏本文 2024-02-15 点赞:29208 浏览:132754 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:汽车缓速器是一种非摩擦性的辅助制动装置,它在车辆制动之前消耗大部分行驶动能,可以有效提升车辆行驶的安全性和连续制动性能,降低车辆利用成本。上世纪中期许多欧洲国家已颁布交通法规,将缓速器列为汽车的标准配置。近年来,国内随着相关法规的颁布,汽车缓速器也逐步获得运用推广。目前,电涡流缓速器和液力缓速器是国内外运用最广泛的两种产品,但电涡流缓速器制动力矩热衰退严重,体积重量大且耗能高,而液力缓速器高,在性价比方面难以满足国内重型货车的要求,致使国内重型货车的缓速器安装率不足1%。由此,探讨开发具有自主知识产权的高性价比缓速器,对于打破国外缓速器技术垄断,保障行车安全,提升国产汽车的自主革新能力具有重要作用。上世纪90年代,日本首次研制成功了一种革命性的永磁缓速器,具有不耗电、重量轻、结构紧凑等优点,但没有得到大规模推广。本论文针对永磁缓速器制动力矩小和持续工作能力差等不足,系统探讨了永磁缓速器设计的论述和关键技术,提出了一种采取永磁涡流制动原理和水冷散热技术相结合的新型汽车缓速器——水冷式永磁缓速器,并进行了大量的台架和实车试验,形成了水冷式永磁缓速器性能评价系统,取得了许多重要成果。本论文主要章节和内容安排如下:第一章绪论部分概述了汽车辅助制动装置作用,安装必要性,国内外法规和运用情况,以及探讨作用。介绍了各种汽车缓速器的种类、工作原理、性能比较以及永磁缓速器设计论述和结构的探讨进展。通过总结缓速器有着的共性技术不足,提出永磁缓速器的进展方向。综述涡流制动论述和多物理场论述的探讨进展,以而提出永磁缓速器设计论述的探讨策略。第二章提出水冷式永磁缓速器结构及原理。先详细介绍了日本传统永磁缓速器的结构、工作原理、制约策略、安装策略、特点以及利用效果。为克服传统永磁缓速器热衰退严重的不足,提出了一种采取水冷散热的新型永磁缓速器,并介绍了其基本结构和工作原理。该缓速器能够保持较低的工作温度,持续工作时基本不发生制动力矩热衰退,大大提升永磁缓速器的制动性能和持续工作能力。根据整车安装要求,提出了三种适配于重型货车和大型客车的水冷式永磁缓速器结构。探讨了水冷式永磁缓速器与整车的电气、散热和制动性能等方面的匹配特性,设计了缓速器电子制约单元和整车冷却系统水管布置案例,并提出了水冷式永磁缓速器制动力矩与车重的匹配联系。第三章建立了水冷式永磁缓速器的数学模型。以制动减速度和制动距离两方面评价了缓速器对汽车制动性能的影响,详细浅析了新型缓速器单独制动和联合制动时的制动历程。基于电枢反应论述和迭代法求解了缓速器瞬态涡流场,得到了制动力矩和制动功率的剖析公式,揭示永磁缓速器制动历程中瞬态电磁场变化规律,建立永磁缓速器的电磁场数学模型。通过浅析水冷式缓速器热量传递历程的换热方式、传递路径和边界条件,建立了永磁缓速器温度场的数学模型。浅析涡流去磁场和比磁导分布,得到永磁体动态工作点,以而建立永磁体高温失磁的数学模型,提出了浅析永磁缓速器中永磁体失磁浅析策略。第四章建立了永磁缓速器多场耦合模型。建立和数值求解电-磁-热场耦合模型,运用电磁场浅析软件得到了磁场和涡流分布图,可视化揭示了永磁缓速器涡流制动的机理。建立和数值求解热-流场耦合模型,运用计算流体力学(CFD)浅析软件获得了缓速器定子和永磁体温度场分布图,可视化揭示了定子水道内液体冷却规律。采取半拉格朗日运动坐标系策略建立永磁缓速器的电-磁-热-流场耦合模型,通过试验表明,多场耦合计算结果比单场浅析结果更接近试验值。第五章探讨了永磁缓速器设计的关键技术。通过搭建涡流制动实验平台,发现缓速器低速区制动力矩与吸力近似呈线性的规律,提出一种静态吸力设计策略。利用数值模拟策略求解了缓速器定子材料的电导率、磁导率、铜或铝材料以及镀覆层对制动力矩的影响,并得到了制动力矩与气隙长度、定子厚度、永磁体形状、屏蔽转子厚度之间的联系曲线。通过试验设计法和Rosenbrock法优化了缓速器结构,开发了汽车永磁缓速器集成设计平台。第六章探讨了永磁缓速器试验策略。设计了水冷式永磁缓速器的台架试验和底盘测功机试验案例,提出了车载道路试验系统和策略,将所研制的水冷式永磁缓速器进行了台架、底盘测功机和车载道路试验,形成了水冷式永磁缓速器制动性能评价系统。最后为本论文的结论部分以及未来探讨展望。关键词:永磁缓速器论文水冷论文电磁场论文温度场论文流场论文多场耦合论文

    摘要4-6

    Abstract6-13

    第1章 绪论13-29

    1.1 课题探讨背景及作用13-17

    1.1.1 探讨背景13-16

    1.1.2 探讨作用16-17

    1.1.3 课题来源17

    1.2 探讨近况17-26

    1.2.1 汽车缓速器进展近况17-21

    1.2.2 永磁缓速器的进展近况21-24

    1.2.3 涡流制动论述探讨进展24-25

    1.2.4 多物理场耦合论述探讨进展25-26

    1.3 论文主要内容26-29

    第2章 水冷式永磁缓速器结构及原理29-57

    2.1 传统永磁缓速器29-36

    2.1.1 结构及工作原理29-33

    2.1.2 永磁缓速器制约与安装33-34

    2.1.3 永磁缓速器的特点34

    2.1.4 永磁缓速器的利用效果34-36

    2.2 水冷式永磁缓速器的结构36-39

    2.3 水冷式永磁缓速器的工作原理39-46

    2.3.1 水冷式永磁缓速器工作原理39-41

    2.3.2 水冷式永磁缓速器的安装方式41-45

    2.3.3 水冷式永磁缓速器的利用效果45-46

    2.4 水冷式永磁缓速器整车匹配46-55

    2.4.1 电气特性匹配46-49

    2.4.2 散热性能匹配49-52

    2.4.3 制动性能匹配52-55

    2.5 本章小结55-57

    第3章 永磁缓速器数学模型57-83

    3.1 永磁缓速器动力学模型57-64

    3.1.1 缓速器制动时汽车动力学方程57-58

    3.1.2 缓速器对汽车制动效能的影响58-62

    3.1.3 缓速器对汽车制动力分配的影响62-64

    3.2 永磁缓速器电磁场数学模型64-72

    3.2.1 模型检测设64-65

    3.2.2 磁路计算65-67

    3.2.3 涡流磁动势67-69

    3.2.4 合成气隙磁场计算69-72

    3.2.5 制动力矩计算72

    3.3 永磁缓速器温度场数学模型72-77

    3.3.1 模型检测设72-74

    3.3.2 热传导的边界条件74

    3.3.3 传热系数计算74-75

    3.3.4 传热系数的修正75-77

    3.4 永磁体高温失磁数学模型77-82

    3.4.1 永磁体工作点浅析77-78

    3.4.2 数学模型78-79

    3.4.3 永磁体失磁数值计算79-81

    3.4.4 失磁模型试验81-82

    3.5 本章小结82-83

    第4章 永磁缓速器多物理场耦合浅析83-115

    4.1 多物理场耦合浅析策略83-86

    4.1.1 多场耦合形式与机理83-84

    4.1.2 多场耦合系统设计论述84-86

    4.1.3 永磁缓速器多物理场联系86

    4.2 永磁缓速器电-磁-热场耦合数值浅析86-102

    4.2.1 仿真工具的利用86-88

    4.2.2 JMAG-Designer介绍88-89

    4.2.3 JMAG-Designer浅析历程89-94

    4.2.4 电磁场计算94-98

    4.2.5 涡流损耗和温度场计算98-99

    4.2.6 电磁场和温度场耦合计算99-102

    4.3 永磁缓速器热-流场耦合数值浅析102-111

    4.3.1 ANSYS-CFX介绍102

    4.3.2 利用 ANSYS-CFX建模102-106

    4.3.3 ANSYS-CFX仿真结果106-109

    4.3.4 热流场耦合计算109-111

    4.4 电-磁-热-流场耦合浅析111-113

    4.5 本章小结113-115

    第5章 永磁缓速器设计策略115-149

    5.1 静态设计策略115-119

    5.1.1 实验模型115

    5.1.2 静态吸力计算115-117

    5.1.3 吸力与制动力矩联系117-118

    5.1.4 验证模型118-119

    5.2 定子材料属性对制动性能影响119-125

    5.2.1 计算模型120

    5.2.2 电导率影响120-121

    5.2.3 磁导率影响121-122

    5.2.4 定子材料影响122-123

    5.2.5 定子表面镀覆层影响123-125

    5.3 永磁缓速器的关键参数计算125-133

    5.3.1 缓速器最大制动功率的确定125-126

    5.3.2 气隙长度选取126

    5.3.3 永久磁铁设计126-128

    5.3.4 定子厚度128

    5.3.5 磁性材料的选取128-130

    5.3.6 磁屏蔽转子材料及厚度130-133

    5.4 永磁缓速器设计实例133-135

    5.4.1 基本数据及技术要求133-134

    5.4.2 主要尺寸的确定134

    5.4.3 气隙磁场134-135

    5.4.4 试验浅析135

    5.5 永磁缓速器优化设计策略135-141

    5.5.1 各种优化策略135-136

    5.5.2 试验设计法136-137

    5.5.3 Rosenbrock策略137-138

    5.5.4 永磁缓速器优化设计138-141

    5.6 永磁缓速器CAD平台开发141-146

    5.6.1 永磁缓速器CAD平台系统结构141-142

    5.6.2 永磁缓速器CAD开发组件集成142-144

    5.6.3 永磁缓速器CAD开发平台实现144-146

    5.7 本章小结146-149

    第6章 永磁缓速器试验探讨149-167

    6.1 永磁缓速器试验策略149-150

    6.2 永磁缓速器制动性能要求150-151

    6.3 永磁缓速器台架试验151-157

    6.3.1 台架试验系统构成151-155

    6.3.2 台架试验内容及数据浅析155-157

    6.4 永磁缓速器底盘测功机试验157-161

    6.4.1 底盘测功机试验系统构成157-159

    6.4.2 底盘测功机试验内容159

    6.4.3 底盘测功机试验结果及浅析159-161

    6.5 永磁缓速器车载道路试验161-164

    6.5.1 车载道路试验系统构成161-163

    6.5.2 车载道路试验结果及浅析163-164

    6.6 永磁缓速器性能评价指标164-165

    6.7 本章小结165-167

    结论167-171

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