基于天棚模型和扰动观测器的主动悬架滑模控制研究

以非线性二自由度主动悬架系统为研究对象,将天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法相结合,提出了基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法,并证明了系统的一致有界和一致最终有界。天棚模型中的簧载质量位移和速度给主动悬架系统中的簧载质量位移和速度提供参考轨迹;扰动观测器用于估计由悬架系统中悬架弹簧力、减振器阻尼力和作用在簧载质量上的外界干扰引起的簧载质量的扰动量。文中还在阶跃路面激励和随机路面激励下,根据主动悬架系统实验结果,验证了提出的控制算法的可行性;并在阶跃路面激励下,基于非线性二自由度主动悬架模型,计算了线性二次型最优控制(LQR)、具有扰动观测器的滑模控制(DOSMC)和基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制(RMDOSMC)下主动悬架系统中簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的性能指标。与LQR和DOSMC控制相比,采用RMDOSMC控制时,主动悬架系统可以获得更优的性能指标。     

基于整车的半主动油气悬架滑模控制研究

以提高平顺性为目的,针对油气悬架整车设计了以天棚阻尼为参考模型的滑模控制系统,对4个悬架的阻尼力分别进行控制,建立了非线性半主动油气悬架的七自由度整车模型,使被控车辆振动响应能够跟随参考模型.在Matlab环境中对滑模控制系统的性能进行了验证,仿真车辆以54km/h的速度行驶于D级路面,与被动油气悬架相比,模型参考滑模控制系统能够有效衰减簧载质量的垂向振动、俯仰振动和侧倾振动.结果表明,基于油气悬架整车的模型参考滑模控制系统对路面激励和车辆参数变化具有较强的鲁棒性,适合应用于非线性油气悬架阻尼控制.     

整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略研究

目前主流的整车悬架天棚阻尼控制思想是基于物理思维,对四分之一天棚阻尼悬架模型进行推广,从而忽视了经典天棚阻尼控制策略背后的数学原理。针对上述问题,从数学原理角度,提出全新的整车悬架天棚阻尼控制策略。提出运用模态解耦的方法对多自由度耦合的整车悬架系统进行解耦,对解耦后各独立的模态振动进行天棚阻尼控制,符合经典天棚阻尼控制针对单自由度振动系统的思想。对各模态振动系统控制时,提出利用临界阻尼的优越性选取天棚阻尼系数。后将各模态耦合以实现该策略在实际中的运用。在四轮相关路面输入激励下,对整车天棚阻尼主动悬架与整车被动悬架进行时、频域仿真分析,结果表明所提出的整车主动悬架天棚阻尼控制策略对车身三个自由度的运动响应改善效果明显,对车轮的接地性影响较小。     

整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略

目前主流的整车悬架天棚阻尼控制思想是基于物理思维,对四分之一天棚阻尼悬架模型进行推广,从而忽视了经典天棚阻尼控制策略背后的数学原理。针对上述问题,从数学原理角度,提出全新的整车悬架天棚阻尼控制策略。提出运用模态解耦的方法对多自由度耦合的整车悬架系统进行解耦,对解耦后各独立的模态振动进行天棚阻尼控制,符合经典天棚阻尼控制针对单自由度振动系统的思想。对各模态振动系统控制时,提出利用临界阻尼的优越性选取天棚阻尼系数。后将各模态耦合以实现该策略在实际中的运用。在四轮相关路面输入激励下,对整车天棚阻尼主动悬架与整车被动悬架进行时、频域仿真分析,结果表明所提出的整车主动悬架天棚阻尼控制策略对车身三个自由度的运动响应改善效果明显,对车轮的接地性影响较小。     

铰接式自卸车前悬架半主动控制及平顺性仿真

在建立铰接式自卸车前悬架四自由度被动悬架模型的基础上,建立了开关型半主动悬架模型和基于最优控制理论的天棚控制半主动悬架模型。应用Matlab/Simulink软件分别完成了3种悬架模型在随机路面激励下的仿真计算。通过对悬挂质量垂向加速度、悬挂质量角加速度、悬架动挠度和轮胎相对动载4个参数的变化规律研究,发现天棚控制半主动悬架有效地改善了铰接式自卸车的乘坐舒适性和行驶平顺性。     

基于路面识别的车辆半主动悬架控制

以实现悬架自适应半主动控制为目的,基于多目标优化算法及路面识别,针对车辆平顺性与操纵稳定性进行研究.首先建立1/4车辆等效天棚控制模型,并根据系统动力学关系推导车辆簧载质量加速度及轮胎动载荷的解析解表达式,然后利用基于遗传算法的多目标优化算法求取Pareto最优解集.依据路面识别得到的路面等级分配控制权重,以获得不同路面对应的控制增益.仿真结果显示,基于路面识别的半主动悬架自适应控制系统能够通过调节权重获得不同路面行驶条件下平顺性与操纵稳定性之间的平衡.     

采用路面识别方法的重型救援车辆主动悬架控制策略

针对重型救援车辆在复杂路况行驶时存在的行驶平顺性差及操纵不稳定等问题,提出了采用路面识别方法的重型救援车辆主动悬架控制策略。识别方法以不同等级路面激励引起的相对路面粗糙度为依据,通过建立T-S型模糊控制规则实现路面等级识别;控制策略根据识别的路面等级、非簧载质量、簧载质量、悬架刚度、悬架阻尼和轮胎刚度,设计最优H∞控制器参数矩阵,计算主动悬架作动力,实现主动悬架在不同等级路面行驶时的自适应控制。试验结果表明:采用路面识别方法的主动悬架控制系统能够通过调节鲁棒控制器参数矩阵,自适应地控制悬架刚度和阻尼,提高了不同路面行驶条件下的平顺性与操纵稳定性;在不同等级路面情况下与被动悬架相比,簧载质量加速度均方根值减小了20%以上,且在4～8Hz频段内,簧载质量加速度幅值均小于被动悬架。     

空气悬架系统控制策略仿真研究

针对空气悬架系统,分别建立了基于模糊控制和PID控制的仿真模型.通过仿真,对比了两种不同控制策略空气悬架的簧载质量振动加速度、车轮动载荷以及悬架的动行程的动态变化.结果表明,模糊控制的空气悬架在车辆的操纵性、平顺性和安全性等基本性能的控制上优于PID控制的空气悬架.本文的研究结果可以为空气悬架的实验研究以及产品开发提供一定的理论参考.     

天棚惯容控制半主动悬架的性能分析

基于设计的连续可调惯容器装置,提出了一种效果相当于增加簧载质量的天棚惯容控制方法,利用Matlab/Simulink软件搭建传统悬架和天棚惯容悬架系统的1/4车辆模型,并对其性能进行对比分析,在此基础上,研究了可调惯容器寄生阻尼对悬架性能的影响规律.结果表明:与传统悬架空载相比,天棚惯容悬架偏频降低了33.0%,车身加速度和轮胎动载荷均方根值低频峰值分别减小了52.3%和35.5%,提高了空载状态下车辆的行驶平顺性,使车辆具有更好的空载、满载适应能力;可调惯容器寄生阻尼与惯容系数的比值越小,天棚惯容悬架性能改善越明显;天棚惯容控制能够解决天棚阻尼控制对车辆空载、满载适应能力差的问题.     

2自由度车辆悬架线性模型最佳阻尼比的解析分析

研究路面速度谱输入为零均值白噪声时,2自由度悬架系统线性模型使簧上质量加速度最优的阻尼系数解析表达式.根据2自由度悬架系统线性微分方程,推导簧上质量加速度相对于路面谱输入的传递函数的解析表达形式,通过对特殊形式的积分求极值的方法,获得最优阻尼系数的解析表达式,其中忽略了轮胎的阻尼.验证结果表明,最优阻尼系数只是车辆结构参数的函数,与车辆的行驶工况无关,该公式可以用于车辆初始设计时,对悬架阻尼比的估算.     

非线性汽车悬架的混沌特性

通过数值仿真和实验,研究了非线性汽车悬架的混沌特性.建立了路面双频拟周期激励作用下的单自由度汽车悬架模型,通过数值仿真,给出了悬架振动的时间历程曲线、自功率谱密度图形和Poincare截面,从理论上说明汽车悬架振动是混沌的.进行振动实验,获取实验汽车悬架的振动数据,对其计算了一阶固有频率和混沌参数如关联维、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数,从而验证了汽车悬架振动的混沌特征.为汽车悬架的优化设计和建立悬架隔振性能混沌评价新方法提供了理论依据.     

基于路面识别的非线性悬架系统自适应控制

针对非线性悬架系统,基于多目标布谷优化和路面识别算法,研究不同路面等级下悬架非线性系统特性,实现根据路面等级调整控制参数的目的.首先建立四分之一车辆模型,选取电流为优化变量,簧载质量加速度和轮胎动行程为优化目标;然后利用布谷优化算法求取不同路面下悬架最优参数,并利用路面识别方法得到当前路面等级,结合悬架性能需求实现悬架在不同路面下自适应调节.仿真结果表明:1)控制算法可根据不同路面情况自适应调整悬架参数,提高系统性能;2)相比于传统粒子群优化方法(PSO),基于布谷优化算法得到的控制电流能提供更为理想的悬架系统性能.     

轮毂直驱空气悬架系统垂向动力学特性分析

针对轮毂直驱电动汽车簧下质量较大和电动机不平衡电磁力的问题,进行了轮毂直驱空气悬架(hub direct drive air suspension,HDD-AS)系统垂向动力学特性分析.构建了轮毂电动机与带附加气室空气悬架耦合模型,当轮毂直驱空气悬架系统在路面随机激励与电动机不平衡电磁力耦合作用下,附加气室容积和阻尼系数改变时,分析了电动机偏心距、电动机不平衡电磁力、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度均方根值的变化规律,研究了附加气室容积和阻尼系数变化对电动机偏心距、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度的频域影响.结果表明:附加气室容积和阻尼系数的变化对轮毂直驱空气悬架系统悬架性能和轮毂电动机振动具有较大的影响.     

基于时滞反馈控制的1/4车辆模型乘客减振研究

针对汽车在不平路面行驶时产生的振动会损伤汽车部件和影响乘客舒适性的问题,本文提出一种含时滞反馈控制的主动悬架在四分之一车模型中的减振方法。该悬架模型有三个自由度,由乘客质量、车身质量和簧下质量三部分组成。通过异步学习因子粒子群算法确定时滞控制参数,并将控制参数运用频域扫描法进行稳定性分析,最后建立含时滞反馈控制的主动悬架系统的仿真模型,仿真结果表明：与被动悬架相比,含时滞反馈的控制主动悬架无论在简谐激励还是路面激励下,乘客和车身加速度的均方根值都有明显的降低,具有较好的减振效果。含时滞反馈的控制主动悬架在改善乘坐舒适性和行驶平顺性方面具有优越性。     

非线性汽车悬架的混沌研究

建立了路面双频拟周期激励作用下的单自由度汽车悬架模型,通过数值仿真,给出了悬架振动的时间历程曲线、自功率谱密度和Poincare截面图,从理论上说明汽车悬架振动是混沌的。分别采用制动法和按压车体法,对越野吉普车和福特、本田、奥迪和马自达轿车进行了振动实验,获取实验汽车悬架的振动数据,对其计算了一阶固有频率和混沌参数如关联维、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数,从而验证了汽车悬架振动的混沌特征,为进行悬架系统设计和悬架隔振性能混沌评价提供了依据。     

基于PID控制器的1/2整车半主动悬架仿真研究

通过建立1/2整车半主动悬架数学模型并在MATLAB软件中搭建仿真模型,计算被动悬架的簧载质量速度及其变化率作为主动悬架控制的输出量;半主动悬架采用PID控制器,用计算结果表明:采用PID控制器在各不同车速阶段对改善整车的总体性能有明显作用,车身垂直加速度、车身俯仰角加速度、前后悬架动行程改善突出,提升整车在不同车速范围内乘坐舒适及操纵稳定性特性。     

基于磁流变原理的复合天棚控制算法的改进与优化

一种高效的控制算法是提升半主动减振控制系统性能的关键指标之一。该文在结合限阻尼系数模块、天棚控制算法及地棚控制算法的基础上，依据已有的磁流变减震器，设计并优化了复合天棚控制算法。通过建立垂直方向二自由度运动模型，基于Matlab Simulink平台对不同压缩行程、复原行程二维阻尼系数赋值仿真实验，得到最优阻尼系数区间，从而搭建复合天棚控制算法的限阻尼系数模块；进而对控制算法进行赋值迭代仿真，实现对复合天棚半主动控制算法阻尼系数的优化。基于时域路面激励的仿真结果表明，改进的复合天棚控制算法不仅克服了传统天棚控制无法有效抑制非簧载质量振动的缺点，且相比被动控制策略有效减少了加速度均方根值、相对动载荷均方根值及动挠度均方根值，可提升滑跑过程舒适性与操纵稳定性。     

汽车悬架液压减振器热机耦合动力学模型

针对汽车悬架液压减振器建立了由路面不平度激励模型、非线性悬架振动模型、考虑温度影响的减振器阻尼力试验数据模型、减振器热动力学模型子模型组成的耦合动力学效应的理论分析模型.通过减振器阻尼力特性试验数据建立了考虑温度影响的非线性阻尼力试验模型,利用减振器发热特性试验数据辨识了减振器热动力学模型参数.利用所建立的耦合动力学理论模型预测了减振器温度上升动态过程,并进行了影响因素的仿真分析.研究表明,减振器的热机耦合效应在高速行驶和较差路面条件下表现突出,而在低速或者良好路面条件下不明显;行驶车速、路面等级、环境温度与减振器周围空气流动速度、悬架非簧载质量、减振器壳体换热面积对减振器发热平衡温度高低具有很大影响,而悬架等效刚度、簧载质量和减振器壳体比热容参数对之影响很小.     

采用改进神经网络PID控制的车辆悬架振动仿真研究

为了研究车辆悬架振动模型,创建了车辆悬架平面简图,并根据牛顿定律推导出车辆悬架振动微分方程式。引用BP神经网络PID控制器,对传统粒子群算法进行改进,将改进粒子群算法用于优化BP神经网络PID可知结构。通过MATLAB软件中对车辆悬架位移、速度和加速度进行仿真验证;同时,与BP神经网络PID控制器仿真结果进行比较和分析。结果表明,车辆悬架采用BP神经网络PID控制器,悬架行程、轮胎位移和车身加速度均方根值较大,车辆整体振动幅度较大;而采用改进BP神经网络PID控制器,悬架行程、轮胎位移和车身加速度均方根值较小,车辆整体振动幅度较小。采用改进神经网络PID控制车辆悬架,能够抑制路面噪声激励对车辆振动幅度的影响,提高车辆行驶的安全性。     

半主动油气悬架的神经网络模型参考控制

以提高平顺性为目的,针对油气悬架系统刚度及阻尼非线性的特点,提出了以天棚阻尼为参考模型的神经网络控制方法.建立了二自由度的非线性油气悬架模型,分析了控制系统结构以及神经网络辨识器和控制器的设计与实现.以D级路面作为随机路面输入,分别在满载和空载下,对控制器的性能进行仿真研究.仿真结果表明,神经网络模型参考控制能够有效地衰减车身振动,提高行驶平顺性;并对控制对象的参数变化有良好的适应性.