电磁主动悬架控制策略设计与试验研究

为了满足车辆行驶过程的不同动力学性能要求,研究了混合控制策略对线性电机式电磁主动悬架控制效果的影响。首先,构建了线性电机模型以及电磁主动悬架动力学模型;然后,采用粒子群优化算法对混合控制策略的控制参数进行寻优,并设计了基于Kalman滤波算法的状态观测器,对系统状态进行最优估计,以解决实际过程中测量噪声对控制效果的影响;随后进行了仿真分析,结果表明:相比被动悬架,采用混合控制策略的电磁主动悬架车身加速度均方根值减小了13.96%,悬架动挠度均方根值减小了28.57%,车轮动载荷均方根值减小了8.59%,说明混合控制策略可有效提高车辆的动力学性能;最后,进行了台架试验,试验结果与仿真结果较为一致,验证了仿真结果的正确性。     

基于粒子群算法的主动悬架混合控制策略研究

为了有效协调车辆乘坐舒适性、行驶平顺性及安全性,进行了基于粒子群算法的主动悬架混合控制策略研究。首先分析了天棚/地棚控制策略在提高悬架动力学性能方面的局限性;随后结合天棚和地棚控制策略,提出了混合控制策略,并采用粒子群算法进行了混合控制策略的控制参数寻优,确定了最优控制参数;最后,进行了混合控制策略下主动悬架和传统被动悬架在时域与频域内的对比仿真分析,仿真结果表明,混合控制策略下主动悬架的性能明显优于被动悬架,其车身加速度均方根值减小了13.96%,悬架动挠度均方根值减小了26.01%,车轮动载荷均方根值减小了8.59%,说明了混合控制策略在协调车辆动力学性能方面的有效性以及控制参数优化结果的正确性。     

1/4车辆电磁混合主动悬架容错控制

为了解决电磁混合主动悬架在发生故障时导致的系统失稳现象,设计了一种多模式切换容错控制策略.分别建立了1/4车辆二自由度悬架模型、直线电机数学模型及电磁阀减振器多项式模型.采用未知输入观测器对悬架状态进行估计,以悬架系统簧载质量加速度为正常状态切换条件,以簧载质量加速度残差和稳定模块为故障状态切换条件,设计了一种多模式切...     

主动悬架控制策略研究与试验验证

为了有效协调车辆乘坐舒适性、行驶平顺性及安全性,进行了基于粒子群算法的主动悬架混合控制策略研究。首先分析了天棚/地棚控制策略在提高悬架动力学性能方面的局限性;然后结合天棚和地棚控制策略,提出了混合控制策略,并采用粒子群算法进行了混合控制策略的控制参数寻优,确定了最优控制参数;随后,进行了混合控制策略下主动悬架和传统被动悬架在时域与频域内的对比仿真分析,仿真结果表明,混合控制策略下主动悬架的性能明显优于被动悬架,其车身加速度均方根值减小了13.89%,悬架动挠度均方根值减小了22.22%,车轮动载荷均方根值减小了8.59%,说明了混合控制策略在协调车辆动力学性能方面的有效性以及控制参数优化结果的正确性;最后,进行了台架试验,试验结果与仿真结果基本一致,从而验证了仿真结果的正确性。     

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。     

车辆主动悬架自适应LQG控制策略研究

针对车辆主动悬架的结构原理,建立了其动力学模型。在分析车辆主动悬架状态方程具有时变性的基础上,提出了自适应LQG主动悬架控制策略,通过自适应控制模型能够实现对车辆悬架时变参数和扰动输入参数的辨识。结合LQG控制性能指标函数,在确立簧载质量垂直加速度、悬架动行程和轮胎动行程的加权系数后,通过采用扩展自回归滑动平均模型进行悬架时变参数辨识,实现了主动悬架的自适应LQG控制。仿真结果表明自适应LQG控制策略优于LQG控制,较好地改善了车辆的平顺性。     

汽车磁流变半主动悬架混合天棚控制仿真

设计开发有效的控制策略是实现半主动悬架功能的关键。在分别对天棚控制和地棚控制半主动悬架的工作域分析的基础上,兼顾天棚控制和地棚控制各自优点,提出并设计了一种混合天棚半主动悬架控制算法,建立了汽车半主动悬架系统动力学模型,进行了磁流变减振器的力学试验建模,开展了磁流变半主动悬架的混合天棚控制仿真分析。结果表明,相对于被动悬架,混合天棚控制半主动悬架的簧载质量加速度降低了9.4%,悬架动挠度降低了20%,轮胎动载荷降低了3.2%。混合天棚控制半主动悬架不仅能够降低簧载质量加速度,同时明显减小了悬架动挠度和轮胎动载荷,提高了汽车的平顺性和操纵稳定性。     

车辆主动悬架的模糊PID控制仿真

根据某车型悬架参数,建立了1/4车主动悬架Matlab/Simulink模型,选择簧载质量加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷作为控制目标量,采用模糊PID复合控制技术,针对该悬架模糊控制模型的设计及仿真。仿真结果表明:与被动控制、PID控制的悬架系统性能相比,该控制策略系统的簧载质量加速度和轮胎动载荷有了显著降低,有效改善了乘坐舒适性。     

基于惯容的车辆悬挂系统动态分析与参数优化

为了提升车辆悬挂系统的动力学性能,在传统弹簧-阻尼悬挂模式基础上添加惯容,建立了惯容-弹簧-阻尼三元件并联的悬挂系统,在多组悬架参数下进行数值仿真,分析在新悬挂方式下悬架参数对悬架垂向振动响应的影响,采用多目标遗传算法进行参数优化,针对车身垂向加速度与悬架动行程,对悬架参数进行2组多目标优化,得出惯容、弹簧和阻尼最优参数匹配。仿真结果证明：在传统弹簧-阻尼悬挂模式基础上添加惯容可以有效改善车辆垂向振动系统的减振性能,减小主频。经过2组优化后,与传统弹簧-阻尼悬挂模式相比,车身垂向加速度均方根值分别减小了63.15%、62.22%;悬架动行程均方根值均减小了25.00%;轮胎动载荷均方根值分别减小了73.23%、72.65%。     

一种汽车磁流变半主动悬架的研制

为了改善车辆平顺性和行驶安全性,设计了一种基于单出杆式磁流变减振器的汽车半主动悬架。在分析传统的磁流变减振器力学模型的基础上,提出了一种改进的磁流变减振器多项式模型,试制了磁流变减振器样机,进行了磁流变减振器的力学特性试验,设计了半主动悬架天棚控制器、地棚控制器和LQG控制器,进行了不同控制策略的对比仿真分析,开发了磁流变半主动悬架试验测试系统,开展了该磁流变半主动悬架的LQG控制台架试验测试。结果表明,所研制的磁流变减振器耗能效果良好,能够最大限度地发挥振动衰减功能。与被动悬架相比,在4Hz和5Hz正弦激励下磁流变半主动悬架的簧载质量加速度分别降低15.80%和23.36%,在随机路面激励下簧载质量加速度降低19.46%。     

基于时滞稳定的车辆主动悬架控制研究

在建立含时滞的车辆1/4主动悬架动力学微分方程模型的基础上,通过PID控制策略及含时滞的线性常微分方程理论推导出了模型的稳定条件,采用了Routh-Hurwitz稳定判据的方法分析了模型的稳定性条件,计算出了系统的临界失稳时滞时间。通过Matlab/Simulink实例仿真,结果表明当取临界时滞时间0.153 s时,与无时滞PID控制相比,簧载质量垂向加速度幅值范围及均方根值增加了1.2倍左右,系统处于临界稳定。当时滞时间τ=0.18 s时,簧载质量垂向加速度幅值范围及均方根值急剧增加了2.5倍左右,系统出现不稳定的混乱振动状态。计算分析与仿真结果证明了Routh-Hurwitz稳定判据能为主动悬架设计及时滞失稳机理奠定理论基础。     

主动悬架的直接控制算法研究

研究直接控制算法对主动悬架的控制效果。建立了二自由度主动悬架模型,比较了采用直接控制算法的主动悬架和被动悬架在随机路面和阶跃信号激励下的簧载质量加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的响应特性,分析了低通滤波器的截止频率对各评价指标的影响。结果表明,采用直接控制算法的主动悬架可以大幅度降低簧载质量加速度和悬架动挠度,而轮胎动载荷只有少量增加;与被动悬架相比有更好的瞬态响应性能;低通滤波器的截止频率对舒适性和操纵稳定性的影响效果相反,在实际应用中需合理选择。     

车辆主动悬架解耦及其遗传优化控制研究

车辆簧上质量受到四轮激励引起的振动是一个非线性的耦合过程.为了有效减振,根据达朗贝尔原理建立整车七自由度主动悬架模型,在左右轮迹相干函数的基础上建立四轮路面激励时域模型,采用微分几何解耦方法,对整车悬架系统进行解耦控制得到状态反馈,通过对反馈控制器中二阶系统仿真,运用遗传算法对其二阶系数进行全局寻优并获得最优解.仿真结果表明:与被动悬架相比整车悬架经解耦遗传控制后,悬架垂向加速度、俯仰角加速度均方根值大幅衰减,达到了理想的预期.     

基于ANFIS-PID控制策略的主动悬架动力学性能研究

主动悬架系统能显著提高车辆的行驶平顺性,是未来车辆悬架的发展方向,其关键问题是如何设计合适的控制规则,使车辆始终处于最优减振状态。因此,为了改善车辆的行驶平顺性,在1/4车辆主动悬架动力学模型的基础上,设计了一种自适应神经模糊推理系统的PID(ANFIS-PID)控制策略,并与传统PID控制策略进行了对比。结果表明：相比于PID控制的主动悬架,采用ANFIS-PID控制的主动悬架能够更有效地降低车身加速度和轮胎动载荷,进一步提高了车辆的行驶平顺性。     

一种带空气悬架的剪式驾驶员座椅振动特性仿真研究

提出了一种将空气弹簧作为弹性元件的剪式驾驶员座椅系统方案,采用动力学仿真软件ADAMS建立了该系统的多体动力学仿真模型,模型中的空气弹簧用实际空气弹簧非线性刚度曲线转化的一元力描述。基于此模型,仿真研究了座椅悬架系统动态特性随激励频率和等效簧载质量变化的规律。研究结果表明,位移传递率η在隔振区则随m的增大而减小;当激励频率较低时,等效簧载质量m对加速度均方根值几乎没有影响;当激励频率增大到一定值后,随着等效簧载质量m的减小,响应加速度均方根值增大;响应的位移和加速度与激励相比较,响应均滞后激励约1/8个周期。     

车辆主动悬架模糊控制

车辆的振动影响其平顺性,采用主动悬架可以有效减小振动.建立了带主动悬架的振动模型,利用模糊控制理论对悬架减振控制.仿真结果表明,车辆簧上质量的垂向、俯仰及侧倾振动大幅减小,说明采用模糊控制的主动悬架对车辆减振是可行的.     

工程车辆主动悬架控制器的设计与仿真

通过车辆模型和悬架动力学模型的建立,把最优控制理论运用到主动悬架的控制策略中,进行LQG最优控制器的设计;并在输入一路面白噪声的情况下,利用AMESim建立主动悬架和被动悬架的仿真模型;仿真结果证明利用LQG方法控制的主动悬架在改善汽车的平顺性和操纵稳定性方面有着良好的效果。     

车辆电动静液压作动器的半主动悬架时滞补偿控制

为了改善车辆行驶的平顺性和操纵稳定性,设计了一种基于电动静液压作动器（EHA）的车辆半主动悬架结构。进行了EHA作动器的性能试验分析,建立了EHA半主动悬架的键合图模型,计算了EHA半主动悬架系统的临界时滞,分析了时滞对EHA半主动悬架幅频特性和减振性能的影响,设计了Smith预估时滞补偿控制器,进行了EHA模糊控制半主动悬架的时滞补偿仿真分析。结果表明,EHA半主动悬架具有较好的阻尼可控性;然而随着时滞的增大,悬架系统会出现“轮跳”现象;在Smith时滞预估补偿控制下,EHA半主动悬架的簧载质量加速度减小约30%,轮胎动载荷减小约20%。     

非线性二自由度主动悬架滑模控制方法的研究

以非线性二自由度主动悬架模型为研究对象,分析与验证了基于参考天棚模型的滑模控制算法在非线性悬架控制中的有效性。根据参考天棚模型和非线性二自由度模型中簧载质量位移和速度相等,利用滑模控制方法,给出了非线性二自由度主动悬架的控制力的计算方法。试验测试了有无控制时非线性二自由度主动悬架系统中簧载质量的加速度,验证了主动悬架的控制力的计算方法的有效性。给出了参考天棚模型中天棚阻尼系数的选择方法,研究了控制参数对非线性二自由度主动悬架控制效果的影响。基于非线性二自由度主动悬架模型,计算分析了滑模控制和线性二次型最优(Linearquadraticregulator,LQR)控制的主动悬架性能指标。结果表明:对于非线性二自由度悬架系统,基于参考天棚滑模控制的主动悬架系统可以获得更优的性能指标。     

基于混合鲁棒控制的电磁主动悬架动力学分析

基于主-转矩跟踪环路结构设计了一种H2/H∞混合控制策略对电磁主动悬架进行动力学控制。首先,设计了主-转矩跟踪环路的结构,在此结构中,主环路基于整车悬架模型采用H2/H∞混合控制策略计算电磁作动器的需求转矩。将车身加速度、悬架工作行程以及轮胎动位移作为H2性能指标,而悬架工作行程和需求转矩则是H∞的性能指标;转矩跟踪环路通过滑模控制来操控三相电机跟踪需求转矩。最后在MATLAB/Simulink软件环境下进行了仿真,结果表明应用本控制策略的电磁主动悬架可以显著提升驾乘舒适性,同时也具备良好的鲁棒性。