汽车悬架磁流变减振器模型分析及半主动控制策略研究

用多项式模型作为磁流变减振器的力学模型,研究了传统"开-关"型半主动控制的阻尼力跳跃对汽车簧载质量振动加速度产生的不利影响,针对1/2汽车模型对具有磁流变减振器的汽车悬架简单模糊和自适应模糊神经半主动控制策略进行了数值仿真,基于数值仿真结果分析了各控制策略的效果.     

基于路面等级识别的车辆半主动悬架内外环控制

针对车辆在不同路面等级下对悬架动态性能与馈能特性需求不同的问题,提出一种基于RF-XGBoost路面等级识别算法的半主动悬架内外环控制策略。利用随机森林(Random Forest,RF)模型对极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)算法进行优化,搭建RF-XGBoost算法模型对路面等级进行识别。将路面等级与悬架控制策略相结合,设计外环为天地棚控制,内环为自适应滑模控制的内外环控制,实现非线性悬架的自适应控制。仿真结果表明,相比传统混合天地棚控制的悬架,内外环控制下的悬架在A级路面下簧载质量加速度降低15.52%,并实现50.4 W的振动能量回收,在B、C级路面下簧载质量加速度分别降低15.09%、16.72%,轮胎动载荷分别降低11.63%、11.42%,在D级路面下轮胎动载荷降低14.12%。台架试验的结果与仿真分析的结果基本一致,表明所设计的自适应内外环控制有效。     

汽车磁流变悬架振动多模态智能控制

分析了汽车磁流变半主动悬架模型,为了抑制磁流变悬架的垂直振动,提高汽车乘坐舒适性,从提取汽车簧载质量的振动模式入手,建立了振动的特征模型,给出了在不同振动模式下寻求不同控制策略的方法,以此设计了多模态智能控制器,并用建立的汽车悬架振动仿真系统进行了脉冲输入和随机输入仿真实验.仿真结果表明,对汽车磁流变悬架的垂直振动进行多模态控制能有效提高汽车乘坐舒适性.     

磁流变阻尼器座椅悬架的LMS自适应控制研究

为了提高磁流变座椅悬架控制系统的实时性、高效性、简洁性,减小车辆座椅悬架的振动,选用LMS自适应控制算法,将阻尼器的模型与控制算法相结合,并增加道路谱下的实验验证.先对座椅用磁流变阻尼器进行阻尼特性试验,并在此基础上建立阻尼器的双曲正切模型,建立简化的座椅悬架单自由度系统模型,在阻尼器模型的基础上设计了适合磁流变阻尼器座椅悬架的LMS自适应控制算法,并在道路谱下进行了仿真与实验.结果表明,采用LMS自适应控制后的磁流变阻尼器半主动悬架系统相对于被动悬架,仿真时座椅加权加速度均方根值减小35.7%,实验时座椅加权加速度均方根值减小32.8%,算法可有效抑制悬架振动,且控制过程简单,具有较好的实际应用价值.     

基于改进型天棚阻尼控制算法的馈能式半主动油气悬架系统

为了在改善车辆平顺性的同时获得较好的馈能效果,基于液-电馈能式油气悬架系统中液压马达排量对车身垂向加速度和馈能功率的影响,提出一种改进型天棚阻尼半主动控制算法。在馈能式油气悬架的1/4车辆模型中,以随机路面为激励信号,对被动控制、传统天棚阻尼半主动控制和改进型天棚阻尼半主动控制三种控制方算法的进行了仿真对比。结果表明:与另外两种控制算法相比,改进型天棚阻尼半主动控制算法有效地兼顾了车辆的平顺性的和悬架的馈能功率。     

多自由度车辆模型半主动悬架模糊控制

考虑到发动机、座椅及乘客等多种因素影响，建立了多自由度车辆模型，并利用RD-1005型可调阻尼器及其阻尼力滞回特性，设计了车辆半主动悬架振动模糊自适应控制系统。模糊控制器以车体振动位移误差及其变化率为输入，用重心法进行模糊推理可调阻尼力，运用龙格一库塔法计算出阻尼器活塞杆的位移。利用MATLAB对模型系统进行了计算机仿真研究，并侧重实现了输出阻尼力的自适应控制算法。仿真结果证实了程序的正确性和理论的可行性，对实际车辆半主动悬架系统的设计有一定参考价值。     

汽车半主动磁流变悬架的自适应双模糊控制方法

为了减小汽车俯仰角、提高汽车平顺性,以磁流变减振器为控制对象,提出了自适应双模糊控制的半主动悬架系统。在实验室实际测试基础上,建立了磁流变减振器阻尼力的非线性Bingham模型和基于该磁流变减振器的半车四自由度汽车半主动悬架数学模型。分别以车身质心速度、俯仰角速度及其偏差变化率作为模糊控制器输入,设计了自适应双模糊控制器,实现了车辆半主动悬架的自适应模糊控制。利用MATLAB软件的SIMULINK工具箱对其进行仿真,获得车身加速度、悬架动行程及车轮动载荷的时域响应特性,并对仿真结果进行了对比分析。结果表明,自适应模糊控制下半主动悬架系统的隔振效果要远好于最优被动系统,而且对路面破坏小,并对运行工况有一定的适应性。     

基于双横臂的1/4汽车模型及其等效模型的建模控制研究

建立了基于双横臂悬架的1/4汽车模型和等效的二自由度模型。根据基于双横臂悬架的1/4汽车模型的簧载质量和非簧载质量的动力学响应,通过参数辨识的方法,给出了辨识等效二自由度模型的质量、刚度和阻尼系数的方法。计算结果表明,等效二自由度模型辨识结果中的刚度和阻尼系数的数值与基于双横臂悬架的1/4汽车模型中相关参数的名义值有较大的差异。分析了悬架衬套、减振器上端支撑的刚度对等效二自由度模型参数辨识结果的影响。对比分析了采用辨识参数的等效二自由度模型和基于双横臂悬架的1/4汽车模型的簧载质量和非簧载质量的响应,证明了参数辨识方法的准确性。基于辨识参数的二自由度控制模型,给出了基于等效二自由度模型的参考模型滑模控制方法。试验和计算结果表明,与采用名义值相比,参考模型的刚度和阻尼系数采用辨识值时,等效二自由度控制模型可以获得更好的控制效果。     

EHA汽车主动悬架试验台虚拟样机模型研究

提出了一种基于EHA的汽车主动悬架,建立了测试该悬架性能试验台的物理样机.在该物理样机的基础上,采用功率键合图方法和ANSYS-ADAMS-SIMULINK软件,建立了主动悬架试验台的复杂的机、电、液压、控制等多领域的虚拟样机.基于虚拟样机的仿真结果与基于物理样机的试验结果的对比表明:簧载质量的位移及加速度均方根值误差百分比均在8%以内,达到了工程上的要求.同时,加入PID控制后,簧载质量的位移和加速度都减小了30%左右.验证了所建立的机电液一体化系统虚拟样机模型的准确性.     

阻尼连续可调半主动悬架平滑天棚控制策略研究

为了验证平滑天棚控制的有效性和其有效的参数优化算法，以2自由度悬架系统模型为研究对象，建立综合性能评价指标，经过粒子群算法优化参数，仿真结果表明，与被动悬架相比，综合性能评价指标提升11.17%。以舒适性为控制目标，采用随机路面激励，平滑天棚控制的簧上质量加速度均方根值与被动悬架和开关天棚控制相比，都有显著的降低；采用正弦扫频激励，对系统振动传递特性进行分析，仿真结果表明，在中高频段，平滑天棚控制对簧上质量振动有较好的抑制效果。最后，通过半主动需悬架机械硬件在环试验，试验结果表明，平滑天棚控制可以减少振颤，降低簧上质量加速度。     

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。     

基于磁流变阻尼器的机车横向悬挂半主动控制研究

半主动控制与被动控制和主动控制相比具有可靠性高、能耗低和容易实现的特点,正成为一种颇具前景的悬挂振动控制方式.利用磁流变液的流变特性制成的磁流变阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置.本文首先建立了采用磁流变阻尼器的三自由度机车车辆横向半主动悬挂系统模型;在对磁流变阻尼器的阻尼特性进行试验研究的基础上,提出了一种磁流变阻尼器的数学模型,并用优化方法确定了的模型参数;而后提出了一种半主动控制策略,得到了系统的振动响应;与被动悬挂相比,采用磁流变阻尼器的机车横向半主动悬挂系统可显著降低悬挂质量的加速度值.     

车辆半主动悬架阻尼多模式切换控制研究

为提高车辆行驶平顺性,提出了一种基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架及其控制方法。相较于传统阻尼可调减振器,该新型减振器通过控制两个高速开关电磁阀的通断状态即可实现四种不同的阻尼工作模式,从而使得车辆半主动悬架的阻尼控制更加高效和节能。分析了阻尼多模式切换减振器的基本原理,建立了减振器阻尼特性数学模型。结合车辆悬架系统的阻尼比范围,确定了减振器关键部件参数,并通过仿真获取了四种阻尼工作模式下的减振器复原阻尼系数和压缩阻尼系数。在此基础上,进一步建立了车辆半主动悬架数学模型,采用模糊控制逻辑设计了悬架阻尼多模式切换控制策略。仿真结果表明,相较于传统被动悬架和基于天棚控制的半主动悬架,基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架可以进一步改善车辆行驶平顺性。     

整车悬架的最优模糊半主动控制

以配置四个磁流变阻尼器的整车悬架为控制对象,提出顶层最优控制与底层模糊控制相结合的最优模糊控制思想。首先由整车悬架随机最优控制获得4对期望的控制力,再通过模糊控制器使各磁流变阻尼器的反力逼近这4对控制力,从而实现对整车悬架的振动半主动控制。仿真研究表明,最优模糊控制的控制效果明显优于现有的开关最优控制,特别是对簧载质量的垂直加速度、俯仰角加速度以及悬架动挠度抑制效果明显,可不同程度改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

车辆半主动座椅悬架自适应模糊滑模控制

针对含有人体模型的五自由度半主动座椅悬架系统,设计一种基于趋近率的滑模控制器。通过引入自适应控制算法,对系统模型简化过程中产生的扰动及外界干扰进行估计,并在简化模型的基础上采用模糊算法,对滑模控制中趋近速率参数进行优化,在保证趋近速率的同时,提高系统的鲁棒性;采用双曲正切函数替代切换项中的符号函数使得系统在切换过程中更加连续,有效降低滑模控制中的抖振问题;根据Lyapunov稳定判据证明了系统的鲁棒稳定性。数值仿真表明,采用该控制器的座椅悬架较采用PID控制及被动控制的座椅悬架减振效果得到了明显改善,C级路面上时座椅悬架振动加速度值相较于PID控制与被动控制的座椅悬架分别下降25.1%与57.2%,冲击工况下分别下降16.9%与63.7%,并具有较好的跟踪性能。     

基于ANSYS的多轴汽车振动响应分析

为了高效预测路面不平度输入下多轴汽车悬挂质量某一位置处的振动响应特性,依据多体动力学理论,利用ANSYS仿真工具建立多轴汽车的七自由度动力学仿真模型。在整车发动机定转速的试验基础上,运用理论分析、仿真计算相结合的方法,根据建立的模型对整车进行仿真分析与研究。结果表明仿真计算结果与试验结果基本一致,可见,所提出的动力学模型和分析方法具有较好的可信度。仿真结果表明：在路面不平度输入下,影响悬挂质量[-]6 m～[-]4 m处的加速度响应以第1阶固有频率为主;而在[-]2 m～4 m处以第2阶固有频率为主,尤其是在悬挂质量的后端;第2阶固有频率是影响多轴汽车加速度振动响应特性的最主要的因素,改善该多轴汽车的平顺性需把研究重点放在多轴汽车的第三四车轴的悬架系统上。     

基于MR阻尼器的高速动车组悬挂系统半主动控制仿真

用联合仿真方法分析了基于磁流变(Magnetorheological,MR)阻尼器的两种半主动控制策略对8车编组高速动车组动力学性能的影响。建立了考虑非线性悬挂系统和MR阻尼器的8车编组高速动车组模型,并利用试验数据进行了验证。在进行MR阻尼器性能试验的基础上,利用多项式模型进行曲线拟合,得到了MR阻尼器的9阶多项式模型。通过ADAMS和Matlab联合仿真的方法,设计了开关控制器和改进型开关控制器,对基于MR阻尼器的高速动车组二系悬挂系统横向半主动减振器进行仿真分析。仿真结果表明:对比被动控制,开关控制和改进型开关控制作用下的车体横向加速度均方根值最大分别降低14.85%和22.58%,车辆横向运行平稳性指标最大分别降低4.23%和7.95%。由此可见,改进型开关控制的减振效果更佳。