柔性车辆振动和运行平稳性控制研究

通过对铁道车辆柔刚体系统进行动力学分析，应用独立模态空间控制理论，提出了通过控制车体的一阶垂直弯曲模态和车体浮沉、点头刚体振动模态，改善车辆运行平稳性的混合控制策略。在最优控制基础上，采用磁流变阻尼器作为作动器的半主动控制策略，实现能量消耗和控制效果的协调。机械系统和控制系统的联合仿真结果显示：半主动控制策略较好地抑制了车体低阶弹性弯曲振动和车体浮沉刚体振动；车辆运行平稳性性能的改善接近最优控制策略；对车辆系统而言，半主动磁流变阻尼器的实现是可行的。     

基于磁流变阻尼器的半主动悬挂控制实验研究

将磁流变阻尼器应用于半主动悬挂系统。建立了基于磁流变半主动悬挂系统的二自由度1/2车体的履带车辆振动模型。应用LQR最优控制理论,提出了一种基于磁流变阻尼器的履带车辆半主动控制策略,并在振动实验台上进行了半主动控制实验,模拟了车辆通过正弦路面的情形,结果表明,应用该控制策略能得到良好的减振效果。     

基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统半主动控制

将磁流变阻尼器应用于履带车辆的悬挂系统中,研究了磁流变阻尼器在不同电流下的力学特性和耗能特性。建立了履带车辆二自由度车体振动模型,提出了基于线性二次型(LQR)最优控制理论的半主动控制算法。对典型沙土路面激励下履带车辆悬挂系统的半主动控制效果进行了仿真,与被动及开关控制的减振效果进行比较,得出了车体振动加速度、线位移、角加速度和角位移的响应曲线。结果表明,该控制算法对基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统有着很好的控制效果。     

履带车半主动悬架的复合控制策略研究

针对履带车行驶路况的多样性、复杂性以及自身结构的特殊性提出了一种基于磁流变阻尼器的履带车辆半主动悬架智能复合控制方法。以1/2履带式车辆悬挂系统为研究对象,对车体的垂直振幅、俯仰角以及车体的垂直振动加速度响应特性进行了分析。该控制方法以磁流变阻尼器为作动器,采用预瞄技术,以模糊控制为前馈控制,以PID控制为反馈控制,在MATLAB/Simulink中建立控制系统模型,对复杂随机路面输出进行数值仿真,仿真结果表明该复合控制方法具有实时性好、鲁棒性好、控制精度高等优点。与被动悬架相比,采用该智能复合控制方法的半主动悬架系统,其车身垂直振幅、俯仰角以及车体垂直振动加速度均得到了很好的控制,其中,垂直振幅均方根值减小了37.2%,俯仰角均方根值减小了45.2%,垂直振动加速度均方根值减小了38.6%。     

磁流变阻尼器力学特性及其在车辆悬挂系统中的应用

对磁流变阻尼器的力学特性进行了理论分析和实验研究，得出了其阻尼力与电流、振动速度和振幅等因素之间的变化关系，并将该阻尼器应用于车辆悬挂系统中，建立了基于该阻尼器的履带车辆振动模型，提出了相应的半主动控制算法，对路面激励下悬挂系统的控制效果进行了仿真，结果表明，将磁流变阻尼器应用于履带车辆的悬挂系统可以大大减小车体响应，有着广阔的工程应用前景。     

高速列车弹性车体垂向振动控制

建立包含车体弹性的高速列车单车刚柔耦合动力学模型.针对车体垂向振动,分别在一系悬挂和二系悬挂系统中采用半主动控制策略,研究控制策略对车辆运行平稳性的影响.结果表明,二系天棚阻尼半主动控制与二系阻尼连续可调型半主动控制均能有效降低车体低频处的刚性振动,相对而言,前者对于低频振动抑制效果更佳,但对较高频率的弹性振动无明显作...     

一种新型的磁流变阻尼器及其在半主动控制车辆悬架中的应用研究

研制了一种新型的磁流变阻尼器 ,进行了阻尼器的阻尼特性试验。在性能试验的基础上 ,提出了描述磁流变阻尼器阻尼特性的非线性滞回模型。采用磁流变阻尼器实现车辆悬架系统半主动控制 ,提出一种基于最优控制理论的半主动控制方案 ,给出了悬架系统在B级公路路面激励下控制数值仿真结果。结果表明基于最优控制理论的半主动控制磁流变阻尼器有明显的控制效果 ,可以有效地提高车辆的乘坐舒适性 ,具有良好的应用前景。     

履带车辆磁流变半主动悬挂系统控制算法研究

将磁流变阻尼器这种智能阻尼减振装置应用于车辆悬挂系统中，构成了新型的半主动悬挂系统。建立了1／2车体动力学动模型。研究了瞬时最优控制（IOC）和经典线性最优控制（COC）两种控制算法及其实现问题。通过对某型履带车辆在典型沙土路面激励下的振动响应进行仿真，得出了不同控制策略下车体的响应情况。比较分析表明，两种控制策略下磁流变半主动悬挂系统都有着较好的减振效果。     

基于ADAMS的载重汽车半主动悬架磁流变减振系统研究

为改善车辆悬架系统的刚度和阻尼特性,通过分析载重汽车半主动悬架系统的运动,建立了半主动悬架磁流变减振器阻尼力设计模型,确定了磁流变阻尼器的结构参数、控制策略,应用ADAMS软件仿真分析了磁流变连续可变阻尼半主动悬架的动力学响应。仿真结果表明,磁流变阻尼器具有很好的阻尼减振效应。利用磁流变液体的表观黏度随外加磁场变化阻尼可变的特性,控制半主动悬架的刚度和阻尼规律,实现了载重汽车的自适应减振,有效改善了车辆的行驶平顺性及操纵稳定性。     

采用压电作动器的车体振动主动控制仿真研究

为了提高铁道车辆的运行速度,车体承载结构成轻量化设计趋势,从而导致了车体结构刚度明显降低,垂向弯曲振动十分明显,严重影响车辆运行平稳性和乘坐的舒适性。因此,有必要对车体的垂向弯曲振动要进行有效的控制。采用压电作动器对车体振动进行控制,从而能降低车体的弹性振动。计算结果表明,车体的弹性振动得到了有效的抑制,尤其是对车体振动能量贡献最大的一阶弯曲振动,改善了乘坐的舒适度,从而证实了主动控制的合理性和优越性。     

Semi-active control to reduce carbody vibration of railway vehicle by using scaled roller rig

As train operating speeds increase, upgrading the performance of the railway vehicle has been required. To improve the ride comfort related to vibration, researches to replace the conventional passive suspension with (semi)active suspension have been carried out. For the purpose of vibration reduction, the magneto-rheological (MR) damper has been widely applied in automobile or anti-vibration areas, but it hasn??t yet been applied to railway vehicles. In this study, skyhook control with the MR damper was applied to the 1/5 scaled railway vehicle model on roller rig to suppress the lateral vibration of the carbody. For the 1/5 scaled prototype model of the railway vehicle, the dimensions of railway vehicle were scaled down by similarity method. Both numerical analysis and experiments to control the carbody lateral vibration were conducted and compared. The possibility of improving both the ride comfort and running stability of the railway vehicle by using the semi-active control was discussed in detail.     

自适应磁流变悬架半主动控制研究

针对目前应用于汽车悬架系统的磁流变减振器工作时需要外部电源和控制设备的问题,设计了一种新型磁流变减振器,该减振器在无需外部电源和控制设备的条件下实现了对振动的自适应控制。研究了该减振器的结构特征和电能收集理论模型,并进行了模拟仿真。利用该减振器构建了无需外部电源和控制设备的汽车自适应磁流变悬架半主动控制系统,在1/4悬架实验台上进行了实验研究,实验结果表明,该控制系统是可行的,明显提高了汽车行驶的平顺性。     

基于模糊PID算法的汽车半主动悬架振动控制

选择了某微型汽车悬架的磁流变减震器为研究对象,运用汽车动力学理论建立了1/4汽车半主动悬架控制系统动力学模型,基于模糊PID控制算法设计了模糊PID控制器.车辆在不同路面输入谱和不同行驶速度下,以悬架的簧载质量加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷3个基本参数来表征磁流变半主动悬架系统的振动特性,运用Matlab/Simulink软件对该悬架系统进行仿真研究,仿真结果表明,当汽车在不同等级的路面上行驶时,随着车速的提高,采用模糊PID控制半主动悬架汽车的簧载质量加速度和悬架动挠度的幅值相对于被动悬架均明显减小,表现出了良好的控制效果.轮胎动载荷与被动悬架的幅度大体相当,偶尔还比被动悬架幅值高,但综合来看,模糊PID控制器能更好地减小汽车振动,进一步提高汽车的乘坐舒适性.结果同时也说明了模糊PID控制具有很好的鲁棒性.采用磁流变减振器的半主动悬架系统有效地改善了汽车乘坐舒适性和操纵稳定性.     

Semi-active Sliding Mode Control of Vehicle Suspension with Magneto-rheological Damper

The vehicle semi-active suspension with magneto-rheological damper(MRD) has been a hot topic since this decade, in which the robust control synthesis considering load variation is a challenging task. In this paper, a new semi-active controller based upon the inverse model and sliding mode control(SMC) strategies is proposed for the quarter-vehicle suspension with the magneto-rheological(MR) damper, wherein an ideal skyhook suspension is employed as the control reference model and the vehicle sprung mass is considered as an uncertain parameter. According to the asymptotical stability of SMC, the dynamic errors between the plant and reference systems are used to derive the control damping force acquired by the MR quarter-vehicle suspension system. The proposed modified Bouc-wen hysteretic force-velocity(F-v) model and its inverse model of MR damper, as well as the proposed continuous modulation(CM) filtering algorithm without phase shift are employed to convert the control damping force into the direct drive current of the MR damper. Moreover, the proposed semi-active sliding mode controller(SSMC)-based MR quarter-vehicle suspension is systematically evaluated through comparing the time and frequency domain responses of the sprung and unsprung mass displacement accelerations, suspension travel and the tire dynamic force with those of the passive quarter-vehicle suspension, under three kinds of varied amplitude harmonic, rounded pulse and real-road measured random excitations. The evaluation results illustrate that the proposed SSMC can greatly suppress the vehicle suspension vibration due to uncertainty of the load, and thus improve the ride comfort and handling safety. The study establishes a solid theoretical foundation as the universal control scheme for the adaptive semi-active control of the MR full-vehicle suspension decoupled into four MR quarter-vehicle sub-suspension systems.     

MRD模型参数识别及其在振动控制中的应用

为了识别磁流变阻尼器(MRD)Bouc-Wen模型中的未知参数,提高半主动控制中的参数通用性,提出一种逐渐缩小参数取值范围的遗传算法(GA)提高识别精度,并根据参数随电流的变化趋势对其函数关系进行拟合。对MRD Bouc-Wen模型进行了数值仿真设计。除试验数据外,在无其他先验知识的条件下利用遗传算法进行了参数识别,并在建立62个自由度铁道车辆整车模型的基础上进行了悬挂半主动控制系统数值仿真分析,用于验证识别出的Bouc-Wen模型。仿真结果表明,利用遗传算法识别的MRD Bouc-Wen模型进行半主动控制可以有效降低车体横向加速度,提高车辆运行平稳性能。     

基于磁流变减振器的汽车悬架振动控制

分析了磁流变减振器特性,为了抑制汽车磁流变悬架的振动,提出了一种含有控制级和协调级的分级模糊控制。在控制级,把天棚、地棚混合控制策略与模糊智能控制策略相结合,设计了1/4车辆垂直振动的半主动模糊智能控制器;在协调级,设计了整车控制的协调器,根据反馈变量对整车4个独立模糊智能控制器输出参数进行调整。把某微型汽车的4只被动减振器改装成磁流变减振器,搭建了磁流变悬架全车测控系统,运用设计的分级模糊控制器,进行了平顺性随机输入实车道路试验。试验结果表明对汽车磁流变悬架的垂直振动进行分级模糊控制是可行的,能有效提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。     

高速机车悬架系统磁流变阻尼器试验建模与半主动控制

针对磁流变阻尼器的高速机车横向半主动悬架系统,设计并制作了一个剪切阀式磁流变阻尼器,在液压伺服试验机上对磁流变阻尼器的阻尼特性进行了试验研究;提出了一种修正的Bouc-Wen模型,并用优化方法确定了模型的参数:建立了采用磁流变阻尼器的高速机车横向半主动悬架系统模型,运用中心流形定理分析了半主动悬架系统的稳定性;提出了一种半主动控制策略,仿真验证了采用磁流变阻尼器的高速机车横向半主动悬架系统的有效性。