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。     

非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析

为分析非平稳行驶条件下重型汽车轮胎附加动载特性、探讨与匀速平稳行驶工况下的差异,基于车辆行驶动力学理论,建立三轴重型汽车系统动力学模型和路面非平稳随机激励时域模型,采用MATLAB/Simulink软件仿真分析了车辆非平稳行驶条件下轮胎动载的响应规律,并与匀速平稳行驶条件下的分析结果进行比较。结果表明:车辆加速时轮胎动载荷幅值变大、减速时动载荷幅值减小;车辆等时通过同一段道路时,匀速平稳行驶时的动载荷较小;随着加速度、初速度和路面不平度的增加,动载荷幅值变大。研究结果可为精确模拟车辆轮胎动载荷、道路友好性分析和路面损伤破坏预测提供参考。     

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。     

变速磁流变半主动悬架车辆与随机路面系统的模糊振动控制

建立半主动悬架车辆和随机路面系统模型,在采用磁流变减振器的基础上,应用模糊逻辑控制理论,进行车辆半主动悬架模糊控制器的设计,获得在模糊控制理论下可调阻尼力随时间变化的关系,应用simulink编制车路模型的仿真程序,研究在模糊控制算法下的匀变速行驶车辆路面系统平顺性问题。计算结果表明,与被动悬架的车辆相比,模糊控制的磁流变半主动悬架车辆可以改善行驶平顺性,同时还可减少车对路面的作用力,这对于车路系统是有利的,对于深入分析路面结构动力响应也具有重要的参考价值。     

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。     

参数灵敏度反馈车辆半主动悬架控制

为解决悬架控制器对车辆参数和行驶工况参数变化的适应性问题,不同于以往的自适应、自校正控制方法,将参数灵敏度引入控制系统中,以降低参数灵敏度为目标进行车辆半主动悬架系统控制研究。控制系统的反馈由状态反馈和灵敏度反馈两部分组成。应用该方法在常用车辆参数和行驶工况参数下设计控制器,并与传统的LQR控制器进行比较。研究表明,在车辆参数和行驶工况参数不变情况下,灵敏度反馈方法所得车身加速度和轮胎变形增益比二次型最优方法减小6 d B~8 d B;两种方法所得悬架动挠度基本接近。此外,当路面激励增加、车速提高和车辆载荷减小时,灵敏度反馈方法比二次型最优方法具有较好的鲁棒性。     

半主动抗俯仰液压互联悬架俯仰动力学的研究

在城市交通中,车辆频繁的加速和减速会引起车身俯仰振动,从而导致乘坐不适,甚至晕车。基于粒子群算法的类天棚控制和PID控制,研究一种阻尼连续可调的抗俯仰液压互联悬架系统。建立包含制动系统、轮胎和液压互联悬架系统的半车模型;分析液压互联悬架刚度阻尼特性和阻尼阀孔径对车身俯仰角平顺性的影响;设计类Skyhook和PID控制器,采用粒子群算法整定控制参数;利用Simulink和Amesim联合仿真模拟直线制动工况,分析平顺性优化效果和制动安全性。结果表明,与被动悬架相比,半主动抗液压互联悬架有效地提高车辆的平顺性。     

强横风作用下车辆半主动悬架模糊PID控制研究

为提高汽车高速行驶时的抗横风性能,提出一种阻尼系数修正的半主动悬架控制方法。基于Carsim 和MATLAB平台建立整车动力学模型和A级路面模型,设计一种基于横风的半主动悬架模糊PID控制系统,并利用粒子群算法优化PID控制器参数。PID控制器依据车辆质心垂直加速度确定各轮悬架系统的基本阻尼系数,模糊控制器根据横风强度和方向对阻尼系数进行修正。通过MATLAB和Carsim 联合仿真和实车道路试验与被动悬架系统相比,经过半主动悬架控制后的质心垂直加速度峰值和标准差均下降30 %以上,侧倾角速度标准差下降25 %以上,车辆在强横风作用下的行驶平顺性和安全性得到有效提高。     

基以于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究——建模与直接自适应控制

利用磁流变液体的特点，采用磁流变阻尼器实现车辆悬架减振系统的半主动控制，由于磁流变液体的滞回特性及其在固液态之间的转换引起半主动悬架系统强烈和非线特性，为此，设计了神经网络直接自适应控制，仿真表明，由磁流变阻尼器和神经网络相结合实现的车辆悬架半主动控制系统能够较好地提高车辆的行驶平顺性。     

基于AHP的车辆主动悬架LQG控制器设计

基于层次分析法（AHP）设计了一种能够降低车身加速度（BA）、悬架动行程（SWS）和轮胎动位移（DTD）的车辆主动悬架线性最优（LQG）控制器。首先建立了2自由度1/4车辆主被动悬架动力学模型;然后采用AHP确定了悬架各性能评价指标的加权系数并利用最优控制理论设计了车辆主动悬架控制器;最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真分析。对仿真结果进行对比后表明：在特定工况下通过对加权系数的合理选取,BA、SWS和DTD比被动悬架分别减小了18.73%、22.22%和4.76%,且主动控制力的均方根值为535.3994N。     

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。     

液压互联馈能悬架工作模式设计与试验研究

针对液压互联悬架在单一的综合性模式下无法实现车辆全局工况最优,设计了一种具有舒适性、安全性和馈能性三种模式的液压互联馈能悬架,在改善车辆行驶平顺性及操纵稳定性的同时回馈振动能量。以路面激励频率作为悬架各模式切换阈值,基于恒流控制方法,设计了多模式控制系统,并得到了各模式下最优电流值。以正弦路面和随机路面为例,对所设计的三种工作模式下的悬架性能进行了仿真分析。结果表明,与综合性模式相比,液压互联馈能悬架在舒适性模式下车身加速度减小10.77%,安全性模式下轮胎动载荷减小17.43%,馈能性模式下理论馈能功率提高19.48%。为验证仿真有效性,试制了悬架原理样机并进行台架试验。结果表明,所提出的三种工作模式能兼顾车辆的平顺性、操稳性和馈能特性。     

地震作用下千米级高速铁路悬索桥行车安全性研究

为研究地震作用下超大跨铁路悬索桥桥上列车的行车安全问题,以某主跨为1 120 m的公铁两用悬索桥方案为研究对象,采用虚拟横梁法建立了全桥梁格模型,并通过板梁组合模型验证了梁格模型的正确性。在此基础上,通过输入7条地震波,采用自主编制的列车-轨道-桥梁-地震分析程序TTBSAS进行仿真计算,研究了一致激励、行波激励下悬索桥-列车系统的动力响应特征,分析了列车过桥时的行车安全性。结果表明:对于悬索桥-列车系统,地震对桥梁和轨道动力响应的影响大于车辆;横向地震除了使钢桁梁主梁及桥上轨道发生大幅横向振动外,还会诱发主梁的附加扭转振动;不考虑地震行波效应会严重低估列车的行车安全性指标。对于这些计算条件,桥上列车行车安全性研究的最不利行波波速为500 m/s,在0.15g设计地震作用下列车通过主跨1 120 m悬索桥时的安全车速阈值为300 km/h。     

基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架模糊控制

针对磁流变悬架的非线性以及动力学模型的不确定性,提出一种基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架整车模糊控制策略。首先建立了基于磁流变减振器的整车动力学模型,并将车辆的振动控制分解垂向振动、俯仰、侧倾三个基本任务设计模糊控制器,进而设计了隶属函数和模糊控制规则;接着引入混合田口遗传算法实现对模糊控制器的隶属函数和模糊控制规则同时优化;最后进行实车道路试验来验证控制策略的有效性。试验结果表明,基于混合田口遗传算法的模糊控制能够降低确定路面激励下车身加速度峰峰值,降低随机路面激励下的加速度均方根值,显著提高车辆的平顺性,其控制效果要优于优化前的模糊控制策略。     

可变磁路式永磁悬浮系统刚度特性分析及变刚度控制

针对可变磁路式永磁悬浮系统的悬浮力非线性变化的特点,分析系统的刚度特性,提出变刚度控制方法减小系统对外扰作用的敏感度。基于系统力学模型分析了系统结构和控制参数对悬浮刚度的影响,提出了基于悬浮物位移的变刚度控制方法;根据预设的载荷能力和位移变化量,设计参数的变化范围,使系统刚度按设定控制规律发生变化;进行了系统起浮稳定性与系统对外扰敏感度的仿真与实验分析,并与传统PID控制方法进行对比,仿真与实验结果表明:变刚度控制方法能够保证系统稳定起浮,并使外载荷作用时悬浮物的位移变化量减小50%,极大降低了系统对外扰的敏感度,相对于传统PID控制方法其控制特性有较大幅度提高。     

可同步旋转双转子稳态响应数值分析

介绍可同步微速差双转子动平衡实验装置,建立该转子系统的动力学模型。应用有限元方法分析其临界转速,不平衡响应等动力学特性。比较双转子系统在单个转子运行(内转子或者外转子)、内外转子同步运行和内外转子微速差运行三种不同工作状态下的动力学特性。并对装置的动力学特性进行了实测,结果表明该实验装置满足了可同步微速差双转子动平衡原理研究的需要。