车辆能量回馈式主动悬架系统研究

提出了一类新的主动悬架系统,被称为"能量同馈式主动悬架系统".其特点是在对车辆进行减振的同时,将车辆振动的能量吸收,转化为电能贮存起来,并可将存贮的能量用于作动器产生主动控制作用力.以四自由度半车模型为例,阐述了能量回馈式主动悬架的基本结构和原理,分析了系统能量平衡存在的条件.最后在Matlab/Simulink中对系统的运行效果进行了仿真.仿真结果表明系统在实现主动减振控制的同时还能够反馈能量.     

采用直线电机的馈能悬架控制系统设计与馈能分析

为了实现悬架的主动减振及能量回收,将直线电机作为汽车主动悬架的作动器。设计了基于整车的主动悬架控制系统,控制直线电机根据路面激励输出相应主动力,同时根据直线电机的不同模式对其能量进行管理控制。采用七自由度整车模型进行仿真,结果表明所设计的控制系统能有效的改善车辆的舒适性,并且当阻尼系数选择恰当的情况下能够进行能量回馈。     

具有可调增益的模糊—PID电液主动控制悬架

针对车辆悬架受不平路面激励作用下的振动,进行电液主动隔振研究,在分析PID和模糊控制方法的基础上,对车辆悬架系统的单自由度电液模拟装置进行了理论和实验研究,提出增益自动跟踪和变系数的模糊－PID控制算法,根据输入信号偏差的大小分别采用模糊或PID控制,通过微型计算机与MCS－98单片联机调试控制,悬架振动的控制效果得到提高,从2.875Hz到7Hz的低频范围内取得了优于被动控制的减振效果,为主动隔振技术在车辆减振实时控制中的应用提供了理论根据和实验基础。     

基于车辆振动响应反向分析的路面等级辨识方法EI北大核心CSCD

提出一种利用希尔伯特黄变换和概率神经网络进行车辆振动响应反向分析的路面等级辨识方法,为主动悬架控制提供有效信息。建立车辆模型和随机输入路面模型,利用希尔伯特黄变换对不同等级路面下的车辆振动响应仿真数据进行分解变换,得到车辆振动响应的瞬时能量;提取瞬时能量的敏感特征参数,利用概率神经网络训练路面分类器,确定路面等级与特征参数范围的映射关系,完成路面等级分类器的设计;利用加速度传感器采集车辆在典型路面下的振动响应数据,提取试验数据的特征参数,并将其输入到训练完成的路面分类器中,实现试验路面等级辨识。辨识结果表明,基于车辆振动响应的反向分析法,结合希尔伯特黄变换和概率神经网络,可以实现对车辆当前行驶路面等级的辨识。     

基于ADD正实网络的车辆ISD悬架优化设计与性能研究

利用无源车辆ISD (inerter spring damper)悬架系统可有效抑制车身低频振动的特性,结合经典加速度驱动阻尼(acceleration driven damping, ADD)控制可抑制车身中高频振动的特点,提出基于ADD正实网络的车辆ISD悬架综合优化设计方法,将车辆ISD悬架的宽频域振动抑制问题转化为基于ADD网络综合的正实优化控制问题。分别构建一阶和二阶正实网络的悬架动态模型,基于鱼群算法优化悬架结构参数,仿真分析ADD控制与正实网络的耦合作用机理和正实网络阶次对悬架性能的影响。结果表明:悬架的隔振性能随正实网络阶次的升高而提升,ADD网络综合的方法可以有效的实现车辆ISD悬架的宽频域的振动抑制,进一步拓展车辆ISD悬架主动控制的思路。     

基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计

针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。     

电动轮-悬架系统台架振动特性试验分析

为了说明在实际驱动工况下电动轮-悬架系统的振动特性,进行了电动轮-悬架系统台架振动特性测试试验,测得了电动轮-悬架系统-台架的振动加速度响应,并进行了参数影响因素分析。分析表明,电动轮驱动时,电动轮、台架会出现由电动轮驱动电机引起的比较明显的阶次振动,频率成分主要有与非正弦分布永磁磁场、磁场开槽以及谐波电流有关的电流基频6倍、12倍及6±i/2(i=1,2,3)倍,且间隔均为电流基频一半。影响电动轮驱动电机振动谐频成分以及幅值的主要因素只有转速和负载转矩。转速主要影响频率成分,负载转矩影响振动能量,电动轮驱动电机在高转速、大负载等高负荷运行时高频段转矩波动能量较大。载荷、胎压以及车轮定位参数不影响振动响应的频率成分,对振动能量影响较小,适中的载荷、胎压、主销内倾角以及较小的前束角会减小台架振动。可为电动轮-悬架系统结构设计、使用条件以及电动轮驱动电机控制系统设计提供试验指导。     

电磁反力式混合型主动悬架的模糊控制方法

悬架系统是车辆的重要组成部分,对行驶平顺性和操纵稳定性等有着重要影响。全主动悬架能极大地改善车辆的行驶平顺性,但结构复杂且需消耗较多附加能量。本文研究了一种新颖的主动悬架——电磁反力式混合型主动悬架的模糊控制方法。根据该主动悬架的结构特点,建立了2自由度1/4车辆模型,通过动力学分析建立了其数学模型并提出了模糊控制策略。在MATLAB /Simulink环境下,对采用模糊控制的系统进行了仿真。结果表明：采用模糊控制的该主动悬架系统,时域内的车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷分别较被动悬架系统改善24.57%、8.33%、12.71%;较PID控制时也有明显改善;从车身加速度信号的频谱可以看出：模糊控制的该主动悬架与被动悬架相比,在分析的各频率下均大大降低了方均根值,轮胎共振频率处尤为明显,表明作动器的控制效果明显。     

路面检测车新型主动悬架LQG控制的研究

为弥补路面检测车车身振动位移所导致的图像偏移,提出了设计新型主动悬架系统来抑制车身振动位移方法。根据极小值原理推导了新型主动悬架LQG控制规律,利用Matlab软件仿真分析了被动悬架、传统主动悬架LQG控制器和新型主动悬架LQG控制器对图像偏移量补偿的效果。仿真结果表明,新型主动悬架LQG控制器对图像偏移量进行补偿的效果最好,优于电子稳像技术所取得的效果。     

基于二元件ISD结构隔振机理的车辆被动悬架设计与性能研究

二元件ISD串并联结构是组成被动机械网络的基础单元,通过在单自由度系统中振动响应特性和系统参数影响的讨论,研究二元件ISD结构振动控制的隔振机理,提出二元件串并联结构的理想匹配关系和悬架结构设计的一般方法,由此设计出车辆被动ISD悬架结构,建立四分之一悬架模型,采用多目标遗传算法优化被动机械元件的参数,参照相应标准以加权车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷均方根值为指标,对比研究所设计的被动ISD悬架结构的工作性能。仿真结果表明,所设计的车辆被动ISD悬架结构与传统被动悬架相比,在悬架动行程均方根值基本一致的前提下,其加权车身加速度和轮胎动载荷均方根值能同时得到改善,并且有效降低了低频段车身共振偏频处各项指标的功率谱密度峰值,说明所设计的悬架结构可有效改善车辆的乘适性和安全性。     

车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究

为解决作动器惯质对主动悬架性能不利,被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄的问题,提出了车辆主动惯容式动力吸振悬架构型和车身加速度补偿控制策略。通过对系统动态阻抗特性的解析,表明该方法能大幅削减悬架的簧载共振峰。研究了系统参数对平顺性三项指标的影响关系,说明加速度补偿系数应在空间允许情况下择大为宜,其他参数应折衷选取。通过数值仿真,对比了该悬架与理想动力吸振悬架、被动惯容式动力吸振悬架、传统悬架和主动天棚阻尼悬架的效果,结果表明该悬架能有效改善舒适性,克服作动器惯质的不利影响,且车身加速度补偿控制策略的算法简单、计算量较小,有助于降低成本并提高控制的鲁棒性和实时性。     

弹性车体垂向运行平稳性一系最优控制研究

采用基于轨道谱及包括轮轴间时延预瞄的最优控制算法,在一系悬挂中加入主动控制,设计其主动控制规律,从降低轨道至车体振动的传递入手,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析。结果表明,该最优控制算法对车辆系统的振动有较好的抑制作用;可以改善轨道至弹性车体中部的振动加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制整车的弹性振动;最优控制算法对车辆系统的1Hz左右的低频振动、以及包含人体垂向振动敏感频域(4Hz-8Hz)的4Hz~10Hz频率内的振动衰减明显,但对车体高频振动作用不大。并与二系主动悬挂系统比较,发现一系主动悬挂能更有效的控制车体的弹性振动,且抑制的频率范围较宽,车辆运行平稳性更佳,为今后弹性车体减振措施选择提供依据。     

基于模糊滑模backstepping的半主动空气悬架设计

为了研究半主动空气悬架系统对车辆行驶性能的影响,提出基于半主动空气悬架的模糊滑模backstepping控制。建立1/4二自由度半主动空气悬架动力学模型,用模糊逻辑系统逼近未知函数,解决了阻尼系数不易测的问题。该方法设计的控制器能够适应因车辆行驶状态或者环境发生改变而引起的系统参数在一定范围内的变化。仿真结果表明,与被动悬架相比,模糊滑模backstepping控制器对于提高半主动空气悬架系统减振效果更加明显。     

车下有源悬吊设备与车体耦合振动研究

通过对我国高速动车组进行线路试验,发现车下有源旋转设备的不平衡质量所引发设备颤振会与车体地板发生耦合振动,影响车辆动力学性能。为研究有源车下设备与车体耦合振动特性,考虑车体的弹性振动,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析有源旋转设备不平衡量对设备和车体振动的影响。结果表明,有源设备在特定频率范围内容易激发车体的低阶模态,随着不平衡量增加,导致车体振动逐渐增大。为减小车下有源设备振动对车辆动力学性能影响,进行有源设备悬挂参数匹配研究,得出最佳悬挂刚度和阻尼;同时提出有源旋转设备的两级隔振方案,研究发现两级隔振方案能够有效降低车体垂向振动,最大可减小约26%。     

持续有界路面激励下的车辆主动悬架可靠L1干抗抑制控制

在车辆主动悬架控制当中,路面激励通常可建模为一类持续有界的外部干扰。针对该问题,提出了车辆主动悬架的可靠L1干扰抑制控制方法。区别于以往的H∞/GH2控制方法,文中无需假设路面干扰为能量有界的情况。在控制器设计中,使用L1性能指标来提高汽车悬架的舒适性,同时保证悬架的其它性能,如悬架动行程、轮胎动载荷、控制饱和和执行器错误。以线性-分数矩阵不等式给出了控制的设计条件,控制器可根据凸优化方法和广义特征值问题求得,且相应的闭环系统具有指数的稳定性及L1干扰抑制性能。最后通过数值实例表明,在持续有界的正弦型和随机白噪声路面激励下,系统能取得理想的驾驶舒适性能,并保证悬架硬约束。     

摩托车发动机变刚度弹性悬挂系统研究与应用

振动问题是阻碍我国摩托车产业发展的一大障碍。传统解决方法,结构复杂,成本高,采用弹性减振器进行振动控制,克服了传统方法的弊端。对发动机弹性悬挂系统进行动力学分析,推导出弹性减振器的设计理论。针对在弹性悬挂过程中存在的问题,提出了变刚度弹性悬挂原理。研究成果应用于实践,解决了某200型摩托车的振动问题。     

Adaptive PID control scheme for full car suspension control

The objective of this paper is to design an adaptive proportional, integral, and derivative (APID) control strategy for a full car active suspension system. A nonlinear full car model is used to capture all the dynamics of a real vehicle suspension system. A vehicle’s stability and ride comfort is affected by road disturbances and can be improved by using an APID-based active suspension system. This paper presents performance assessment of the vehicle suspension system in terms of displacement and acceleration of seat, heave, pitch, and roll. The update parameters of APID are tuned online using the gradient descent method. The convergence of the proposed technique is guaranteed in the closed-loop control system. Simulation results show that the APID control scheme improves the convergence speed and robustness of the APID control strategy significantly for an active suspension system.     

车辆主动悬挂的最优控制研究

本文在传统的车辆悬挂设计方法的基础上提出了一种主动悬挂的最优自适应控制方法:首先利用优化方法找出悬挂参数与激励(路面谱与车速)之间的最优对应关系,而激励的大小又可通过车身振动加速度来反映,从而推导出根据车身振动加速度反馈来调节悬挂参数的一种新的最优自适应控制方法.仿真计算结果表明该控制方法是有效的,也是易实现的.