滚珠丝杠传动的车辆悬架作动器设计与应用

采用滚珠丝杠作为车辆主动悬架电动作动器的传动机构,提出了悬架系统设计方案。通过滚珠丝杠正向和逆向传动的传动效率分析,设计和制作了电动作动器,并对电动作动器进行了推力试验、耐久性与响应性试验、耐腐蚀性试验。结果表明,滚珠丝杠电动作动器具有结构简单、高推力和高可靠性,输出推力达到了预期设计值,能够满足车辆主动悬架抑制侧倾的要求。     

电动静液压主动悬架双滑模控制研究

为了抑制电动静液压作动器（EHA）主动悬架作动器输出主动力的脉动,改善车辆的动态性能,提出了一种EHA主动悬架双滑模控制策略。建立了EHA主动悬架动力学模型,设计了基于模型参考的外环滑模控制器和电机内环滑模控制器,仿真分析了不同路面激励下该悬架的输出主动力特性和车辆动态特性,并开展了台架试验测试。结果表明,双滑模控制策略能够抑制电机输出主动力所产生的脉动,使实际输出主动力有效跟踪理想主动力,提高了EHA主动悬架的动态特性。     

直线电机式悬架作动器性能分析及参数优化

针对现有悬架作动器输出力小、效率较低、响应速度慢等不足,设计出了一种精度高、输出力大、响应迅速的直线电机式悬架作动器。利用有限元软件Ansoft分析了悬架作动器的电磁场分布情况;结合该有限元模型制作了悬架作动器样机,并对其进行了力学特性试验,验证了模型的正确性;同时,研究了齿槽开口系数大小对作动器性能的影响,获得了作动器输入电压、运行速度、最大拉伸长度与电磁力之间的关系曲线,分析了输入激励对作动器响应特性的影响规律。结果表明:作动器齿槽开口系数应控制在0.25~0.75之间;电磁力随着输入电压的升高而增大,随着运行速度的增加而减小,最大拉伸长度不宜超过35 cm,输入电压的增加会降低作动器响应速度。     

基于音圈电机的主动悬架双闭环控制系统研究

为了提高电磁式悬架主动控制的性能,简化作动器结构以及控制系统,设计一套以单相两极的动圈式音圈直线电机作为作动器的主动悬架控制系统。设计了外环模糊PID,内环电流滞环的双闭环控制器。搭建了作动器驱动电路,验证音圈电机的电流跟踪控制,证明音圈电机作为作动器是简单有效的。通过分析汽车悬架模型和音圈电机模型,在MATLAB/Simulink仿真环境中按照实际参数搭建控制系统进行仿真验证,结果表明,该系统动态响应快,控制精度高,降低车身振动加速度约27%,该控制策略可以有效减振。     

气体介质馈能主动悬架滑模控制研究

以高压气体为俘能和传力介质,针对卡车设计一种新的馈能主动双作用悬架系统。该悬架系统传动机构选用螺母安装方式为偏心式的滚珠丝杠机构,气缸作为作动器。首先,以伯努利方程为基础,得到气缸等效弹簧刚度和阻尼力表征的统一方程,建立悬架数学模型并进行了动力学仿真分析;其次,采用滑模控制算法,进行了主动悬架滑模控制器的设计,并在Matlab/Simulink环境中进行建模仿真,将主动悬架和被动悬架的车身加速度、悬架动行程和轮胎动位移3个指标作了比较分析;仿真结果表明:在相同的路面输入下,气体介质馈能主动悬架对改善汽车行驶平顺性和提高乘坐舒适性有较好的效果。     

一种并联式半主动悬架作动器研究

提出了一种并联式滚珠丝杠半主动悬架作动器结构。建立了滚珠丝杠作动器数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件对并联式滚珠丝杠半主动悬架作动器进行了阻尼特性与馈能特性仿真,验证了结构的可行性。仿真结果表明:作动器阻尼力为0~1200N;作动器在低频振动下可以产生的馈能电压为0~6V,馈能功率为0~80W,馈能效率为41.61%~48.72%。在参数优化的基础上试制了作动器物理样机,齿轮采用铝制材料经线切割而成,因此作动器响应速度良好,最后进行了作动器馈能特性试验。     

电动静液压主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制

提出一种内模-Smith时滞补偿控制方法进行电动静液压主动悬架的时滞控制。对电动静液压作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)进行了响应特性试验,采用一维线性插值方法对试验数据进行了模型拟合,并得到了含纯时滞的作动器简化模型。针对作动器的惯性响应设计了内模控制器,利用一阶泰勒表达式转化成了PID控制器形式;将作动器的纯时滞视为理想主动力的时滞,设计了Smith时滞补偿控制器。搭建了EHA主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制仿真模型,并进行了仿真分析。结果表明,内模-Smith时滞补偿控制能使作动器输出的主动力在时间上得到较好的控制,明显改善了主动悬架的动态性能。     

电动静液压作动器主动悬架力跟踪控制研究

建立了1/4主动悬架和EHA主动悬架系统的数学模型,分析了EHA作动器中的无刷直流电机对该系统的影响。提出了一种基于主环LQG理想力控制器和内环电机电流控制器组成的力跟踪控制策略,设计了EHA主动悬架硬件控制器,并进行了仿真和台架试验。结果表明,力跟踪控制能够使电机输出的实际主动力接近理想主动力,改善了EHA主动悬架的动态特性,验证了所设计的控制策略和硬件控制器的可行性。     

双线圈电磁反力式混合型主动悬架研究

研究一种含双线圈结构的电磁反力式混合型主动悬架。在电磁反力作动器内部增设次线圈,用反馈次线圈电压作为内环优化作动器主动控制特性,从而改善悬架系统稳定性并使外环增益得以提高。利用MATLAB软件分析该混合型主动悬架的频率特性。结果表明,双线圈结构加双反馈控制能使该新型悬架在较宽的频带内实现理想的天棚阻尼,汽车综合性能得到提高。     

基于多目标粒子群算法的电磁主动悬架作动器优化

针对电磁主动悬架直线式作动器电磁力波动对悬架系统影响问题,建立作动器磁场解析模型,以总谐波畸变量(Total harmonic distortion,THD)作为电动势(Electromotive force,EMF)中谐波含量的评价指标,对影响电磁力输出的EMF进行谐波分析,在此基础上,建立考虑悬架电磁力波动特性的悬架系统模型,分析了车辆动力学响应特性。其次,采用多目标粒子群智能优化算法,以“大EMF幅值”和“小THD”值作为目标,对作动器结构参数进行多目标优化,并利用模糊集合理论对优化后的Pareto最优解集进行选优。仿真结果表明,作动器电磁力波动下降了53.8%,有效电磁力提升了8.5%,基本消除了电磁力波动对悬架系统的影响。最后,对作动器样件进行测试,结果显示：作动器绕组EMF中含有3次、2次、4次和5次谐波分量,且THD值达到了5.6%,电磁力波动为7.8 N,试验结果验证了对电磁力波动分析及优化的有效性。     

广义执行器馈能主动悬架研究

为实现车辆悬架的主动控制以及悬架振动能量的回收,提出一种基于广义执行器的馈能主动悬架。研究电磁式、液电式、气压式三种常见馈能主动悬架的特点,忽略馈能主动悬架模型的物理意义,从数学角度对广义执行器的广义功/能以及广义力进行分析,建立统一的简洁的数学模型。结合LQR和遗传算法(GA)设计控制器,实现振动能量回收,改善车辆平顺性。仿真结果表明,基于广义执行器模型的馈能主动悬架,能够改善车辆的平顺性,并且能获得15%以上的馈能效率。     

复合式电磁作动器设计及特性试验

为回收车辆悬挂振动能量,解决减振及馈能之间的矛盾,提高悬挂系统可靠性,以某型军用轮式越野车辆为基础,设计了一款旋转电机与磁流变减振器(MRD)并联的复合式电磁作动器。以齿轮齿条作为运动转换装置,利用多目标遗传算法（MOGA）对MRD进行了优化设计,并对电机、减速机进行了参数计算和选型。加工试制了原理样机,分别对该复合式电磁作动器基础阻力、主动出力特性、馈能特性及MRD示功特性进行了试验研究。结果表明：该复合式电磁作动器可实现最大主动出力1930N,悬挂相对运动速度0.52m/s条件下馈能电压可达43V,而MRD部分2A电流下最大阻尼力为1100N,可调倍数接近6,各项指标满足设计要求,适用于车辆工程领域。     

Reducing the seat vibration of vehicle by semi active force control technique

This article focusses on reducing the axis acceleration and minimizing the vertical displacement by using an air spring actuator and active force control as a main control element. In active force control loop track the developed force of an air spring actuator is fed as a feedback to the actuator. Mamdani and sugeno type fuzzy interference system are used to develop a desired force and to estimate mass of the system respectively. The performance of the system is analyzed for both time and frequency domains and contrasted with passive suspension due to the irregular road disturbances. While developing the simulation model, quarter car suspension with seat as three degree of freedom and an air spring actuator acting as a force generator are modeled as non-linear system. The simulation result shows the effectiveness of the proposed control scheme in suppressing the undesirable effects of the suspension system.     

一种馈能型混合悬架的多模式协调控制

为了有效控制车辆悬架振动及回收振动能量,提出了一种基于滚珠丝杠式作动器和磁流变减振器的车辆馈能型混合悬架结构。建立了1/4车辆2自由度混合悬架动力学模型,分析了混合悬架的主动控制模式和具有电磁阻尼力反馈调节的半主动控制模式,设计了混合悬架多模式协调控制器,并利用MATLAB/Simulink软件对混合悬架多模式协调控制的动态性能、悬架系统的自供能进行了仿真分析,开展了混合悬架台架试验研究。仿真和试验结果表明：与被动悬架相比,随机路面谱输入条件下混合悬架的簧载质量加速度均方根减小了30%以上,混合悬架减振效果显著。     

车辆液压主动悬架系统的设计与性能研究

基于混合控制策略,提出了一种液压主动悬架作动器;对混合控制策略进行理论分析,并建立混合控制策略和液压作动器的传递函数,分析液压系统控制力的实现过程;依据1/4车辆模型选取和设计液压元件;在AMESim软件中对液压系统的减振性能进行分析,并对液压主动作动器进行试制与试验。仿真与试验结果均证明设计的液压系统合理,能够满足主动减振的要求,为国内自主研发液压主动悬架提供了一定的参考价值。     

车辆电动静液压主动悬架内模PID控制研究

为了降低响应时间对基于电动静液压作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的主动悬架动态性能的影响,设计了EHA主动悬架的内模PID控制器。建立了EHA作动器的动态数学模型,在对作动器高阶模型进行一阶简化的基础上,设计了内模控制器;通过对该控制器进行泰勒级数一阶展开,导出了PID控制器的参数表达式,并整定了PID参数。搭建了EHA主动悬架的内模PID控制仿真模型,并进行了仿真分析。结果表明,内模PID控制能使EHA作动器输出的主动力在响应时间上得到较好的控制,明显改善了主动悬架的动态性能。