齿轮齿条式作动器性能分析与试验

为提高车辆悬架系统的减振性能,设计了一种用于车辆主动悬架系统的齿轮齿条式作动器。首先理论分析了作动器响应时间的影响因素,然后推导了作动器主动控制力的计算方法,最后通过台架试验进行了验证。试验结果表明:作动器主动控制力的实际值与理论值之间偏差较小;且与电机的供电电流之间呈现较好的线性关系,与理论分析一致;电流变化的响应时间基本相同;但作动器主动出力的响应时间随电流的减小而增大,分析认为这是由作动器的空程间隙造成的。因此,在作动器的设计过程中应尽量避免或减小空程间隙。     

分数槽结构悬架直线作动器的性能及其应用

针对电磁主动悬架用直线作动器推力密度低和推力波动大等缺点,提出一种分数槽结构的圆筒形永磁直线作动器,并建立作动器的有限元分析模型,通过理论计算其绕组反电动势验证了其正确性;同时,研究了作动器的作动力、响应时间和效率随速度和电源激励变化的规律.结果表明:作动器绕组的反电动势中含有3、2和4次的谐波分量;作动器作动力存在一定的波动,且随着电流增加而增大;作动器响应时间随着运行速度增加而减小;作动器效率与电压和速度相关,速度越大,效率越高,电压越大,效率越低.根据车辆在各工况下的悬架工作特性得出:当车辆侧倾时,作动器处于低速、大作动力、慢响应、高耗能的工作状态;当随机路面激励时,随着悬架运行速度的提高,应逐渐增大作动器电流激励的幅值和频率.     

主动悬架系统建模及力跟踪控制

以提高平顺性为目的,对主动悬架系统建模及力跟踪控制进行研究. 主动悬架控制结构由外环及内环两部分组成:外环根据车辆模型状态量及路面扰动情况计算最优控制力,内环体现系统作动器动力学特性,并对外环产生的最优控制力进行跟踪. 针对内环系统特点,建立油气主动悬架作动器线性化模型并运用PI控制算法控制跟踪误差;外环系统采用LQG控制输出最优控制力. 仿真结果表明,与被动悬架相比,采用力跟踪方式的主动悬架系统能够有效改善车辆平顺性,并能够较好跟踪外环控制产生的最优控制力.      

电磁式主动悬架模型预测控制器设计

针对已开发的电磁作动器样机,通过对电机控制电路模型进行简化分析,得到电磁作动器往复运动时控制电流可实现范围.考虑作动器约束和悬架许用行程,基于模型预测控制方法设计1/4车辆电磁主动悬架控制器,并分别针对瞬时垂向冲击和随机不平路面工况进行仿真分析.结果表明,相对于线性最优控制主动悬架,模型预测控制可以使车辆获得更佳的行驶平顺性能.     

基于能量流动分析的电磁式馈能型主动悬架控制

针对已开发的电磁式悬架作动器样机进行数学建模,并采用主环/内环分层式结构对其进行主动控制.通过对内环系统的简化分析得到控制电流可实现范围以及不同条件下作动器能量流动状态,并采用模型预测控制方法设计了全主动和半主动2种模式的主环控制器,分别侧重于车辆悬架系统振动抑制和不平路面振动能量回收.在不同路面输入条件下进行仿真对比分析,结果表明,相对于传统被动悬架,电磁式悬架作动器在全主动模式下消耗蓄电池能量,但可以将车辆乘适性提高30%,而在半主动模式下可以回收路面振动能量并将车辆乘适性提高10%.     

基于作动器故障估计的汽车主动悬架容错控制研究

针对汽车主动悬架作动器故障,提出了一种基于故障补偿思想的主动容错控制方法.建立了半车4自由度主动悬架模型及作动器故障悬架模型,以H∞加权输出反馈控制器作为主动悬架常规控制器,基于自适应观测器设计作动器在线故障估计器,并以此为输入设计故障补偿器,由常规控制器和故障补偿器共同实现主动容错控制.仿真结果表明:设计的在线故障估计器可准确实时估计作动器常见故障的幅值,针对作动器增益及恒偏差故障引起的主动悬架性能下降,可在主动容错控制下使故障悬架性能经短暂时间后恢复至与正常悬架性能相接近的水平,进一步提升了车辆乘坐舒适性和可靠性.     

重型车辆主动悬架的滑模控制器设计及优化

为提高重型车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性以及货物完整性,以四自由度1/2重型车辆主动悬架系统模型为对象,分析并实现悬架系统的模型解耦,结合Lyapunov稳定性理论和滑模控制方法对重型车辆主动悬架进行控制器设计及稳定性验证。以前后悬架动行程、控制器控制力输出要求为约束,以车身质心垂直加速度、前后悬架轮胎动位移以及俯仰角加速度为控制目标,对滑模控制器参数进行优化设计。结果表明,采用优化后的主动悬架能使重型车辆各项性能都有明显提高和改善。     

主动悬架非线性滑模容错控制研究

以1/4车非线性主动悬架模型为研究对象,针对未知的作动器故障,提出了一种滑模容错控制方法。选取合适的滑模面,以保证悬架系统的隔振性能。在无需掌握系统的非线性及作动器故障信息的前提下,基于Lyapunov稳定性理论设计滑模容错控制律,使其切换增益能实现自适应调节以消除故障影响。最后,通过理论推导证明了该控制律能够满足悬架系统的硬约束要求。仿真结果表明,基于容错控制律设计得到的主动悬架系统,在作动器出现故障的情况下,有效改善车辆乘坐舒适性,体现出了较好的容错性。     

基于模糊阻抗控制的车辆液压主动悬架研究

为更好地权衡车辆的操纵稳定性和行驶平顺性,建立了一种模糊阻抗液压主动悬架的控制策略。通过建立的1/4车辆主动悬架模型和液压作动器模型,设计了带有位置闭环、力闭环的阻抗控制器,阻抗控制跟踪车轮动载荷,位置闭环采用模糊控制以跟踪由阻抗控制确定的车身期望垂直位置,力闭环采用比例积分(PI)控制以追踪控制器的期望力,同时分析了阻抗参数与车辆行驶平顺性和操纵稳定性之间的关系。利用Matlab20116/Simulink搭建了带有0.1 m高凸起的B级路面输入及液压主动悬架系统模型,仿真结果表明,相对于被动悬架,液压主动悬架的车身垂直加速度、悬架动挠度及车轮动位移分别下降了39.97%,49.46%和23.63%,该控制策略能有效提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

车辆主动悬架耗散状态反馈控制器设计与仿真

通过建立1/4车辆模型和路面输入模型,应用耗散系统理论进行了车辆主动悬架严格(Q,S,R)-耗散状态反馈控制器的设计,并在Matlab/Simulink环境中建立系统模型并进行仿真研究,将主、被动悬架的车身加速度、悬架动行程和轮胎动位移3项指标进行了对比分析.仿真结果表明,具有严格耗散控制器的主动悬架对车辆乘坐舒适性和行驶平顺性的改善有良好的效果.     

基于位置和力反馈控制的电动静液式主动悬架的仿真

 通过建立2自由度1/4车辆主动悬架模型和电动静液作动器模型,综合机器人柔顺性控制中阻抗控制的优点,分析其在液压式主动悬架的适用性,将位置反馈和力反馈控制应用于液压式主动悬架系统。设计了采用模糊控制的位置反馈控制器和力反馈线性控制器,并以阻抗控制跟踪车轮动载荷得到簧载质量位移修正量。利用Matlab/Simulink搭建B级路面和0.1 m凸起路面激励下的悬架系统模型。仿真结果表明,相对于被动悬架,其车身垂直加速度、悬架动挠度及车轮动载荷的均方根值均有所下降,该控制策略能较好地提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

基于多目标粒子群算法的主动座椅悬架滑模控制器设计

为提高汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性,对车辆主动座椅悬架提出一种基于多目标粒子群算法的滑模控制器设计方法。首先,在建立三自由度1/4车辆主动座椅悬架系统模型的基础上设计了满足李雅普诺夫稳定性理论的滑模控制器;其次,基于滑模控制到达条件和滑模面的稳定条件结合Hurwitz稳定判据选择合适的滑模面参数;然后,以汽车悬架动挠度、轮胎动载荷和控制器控制力输出为约束,形成以座椅质心垂直加速度、座椅悬架动行程以及轮胎动位移为控制目标的多目标优化问题,对滑模控制器参数进行优化设计;最后,在MATLAB环境下基于多目标粒子群算法进行求解,并进行数值仿真模拟。仿真结果显示,经过多目标参数优化后各目标值明显减小,表明基于多目标粒子群算法的滑模控制器参数优化显著地改善了汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性,为汽车主动座椅悬架系统的研究提供了理论依据。     

车辆悬架和座椅悬架的鲁棒H_∞集成控制策略

在建立"车-椅-人"车辆集成控制模型的基础上,提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)优化技术的主动座椅悬架和车辆主动悬架的鲁棒H∞集成控制策略.以人体垂直加速度响应功率谱密度为控制输出目标,以满足车辆悬架动行程范围、车轮动静载荷比响应和所需的集成控制力要求为约束条件,设计出了座椅悬架和车辆悬架集成状态反馈控制器.通过仿真软件MATLAB进行了集成控制系统的仿真分析与比较,证明了该方法的可行性和有效性,为车辆主动悬架系统的研究提供了理论依据.     

馈能悬架变论域模糊控制

根据汽车系统动力学和电机学理论,建立了车辆悬架模型和控制电路模型,将变论域模糊控制应用到电磁馈能式主动悬架,对电路进行PD控制以确保实际控制力与理想控制力的一致性,提出自供能效率作为馈能型主动悬架的评价指标,并进行分析计算.利用MATLAB/Simulink软件仿真,以滤波高斯白噪声为路面输入,结果显示,采用PD控制后的电路,输出的实际主动控制力和理想主动控制力基本一致;采用变论域模糊控制的馈能悬架车辆乘坐舒适性得以提高;且能获得超过11%的自供能效率.     

主动悬架LQG控制与模糊PID控制的比较研究

为了解决主动悬架系统控制问题,建立了1/2车辆主动悬架系统动力学模型,并设计了两种应用于主动悬架的控制器:LQG控制器和模糊PID控制器。LQG控制器以车身垂向加速度、俯仰角加速度、悬架动挠度、轮胎动位移和悬架控制力作为其性能评价指标。模糊PID控制器将PID控制器与模糊控制器并联,采用了双模糊控制,分别以质心速度及其变化率和俯仰角速度及其变化率作为前、后悬架模糊控制器的两个输入;输出分别为前、后悬架的控制力。将分别应用这两种控制器的主动悬架在Simulink中仿真,结果表明两种控制器均能很好地改善汽车平顺性和乘坐舒适性。通过对两种控制的综合比较,模糊PID控制更具有实用性。     

EHA汽车电控主动悬架的模糊控制试验

为了改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性,克服传统液压主动悬架结构复杂、可靠性低的不足,将目前航空航天领域先进的EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)作动技术引入汽车主动悬架控制结构中.在分析电动静液压作动器EHA原理和悬架结构的基础上,建立了基于EHA的汽车主动悬架数学模型,设计了模糊控制算法.研制开发了EHA汽车主动悬架物理样机及试验系统,在模拟路面输入条件下进行了该主动悬架的台架试验.模型仿真表明,所设计的控制器是有效的,并将该模糊控制策略应用于EHA主动悬架样机试验中.试验结果表明,基于EHA的汽车主动悬架有效改善了汽车的平顺性和行驶安全性.     

基于电动静液压作动的新型汽车主动悬架

作动器是汽车主动悬架系统研究的关键。在分析传统被动悬架和电液伺服主动悬架及功率电传作动系统PBW(Power-By-W ire)的基础上,提出了基于功率电传的电动静液压作动器EHA(E lectro-Hydrostatic Actuator)新型汽车主动悬架结构型式。建立了1/4汽车动力学模型,设计了用于EHA主动悬架控制的模糊控制器。为了研究可控悬架的响应特性以及验证模型的有效性,利用建立起的基于EHA的主动悬架动力学模型,在一定路面输入下进行了仿真分析。结果表明,与传统被动悬架相比,基于EHA的模糊控制主动悬架大大改善了汽车的平顺性和操纵稳定性。     

基于机电相似性理论的车辆机电悬架 动态性能研究

为了探索新型悬架的实现形式与隔振潜能,根据机电相似性理论设计了一种新型车辆机电悬架系统,以四分之一车辆悬架模型作为研究对象,搭建了悬架系统的动力学模型,给出了具体的结构实现方案,并采用鱼群算法对机电悬架系统中的元件参数进行优化求解。仿真结果表明,相较于传统被动悬架,新型机电悬架系统的隔振性能得到有效改善,其中,车身加速度均方根值减小5. 27%,悬架动行程均方根值减小22. 72%,轮胎动载荷均方根值也略有减小。最后,研究了电机电感与电阻对悬架动力学性能指标的影响规律,分析表明,当考虑电机电感与电阻因素时,悬架的动态性能指标均有所增加,其中,对车身加速度均方值影响较小,而对悬架动行程均方根值和轮胎动载荷均方根值的影响较大。台架试验结果进一步验证了理论分析的正确性。     

基于最优控制的主动悬架控制器设计

通过建立1／4车辆模型动力学方程,应用最优控制理论进行车辆主动悬架LQG与PID控制器的设计,并在Matlab／Simulink环境中建立系统模型并进行仿真．将主动悬架与被动悬架的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷3项指标进行了对比分析．仿真结果表明,具有LQG与PID控制器的主动悬架对车辆的振动舒适性的改善有良好的效果．     

基于功率键合图对多轴车辆油气悬架系统模糊控制的研究

针对多轴车辆主动油气悬架研究中的不足,本文基于功率键合图法与模糊PID控制算法对多轴车辆主动油气悬架系统进行了的研究分析。依据多轴车辆行驶路况的相关特性,建立了整车主动悬架结构模型,同时,建立了基于功率键合图理论的多轴车辆油气悬架系统的数学模型,并推导出了状态方程;在此基础上利用模糊PID控制理论设计了一种主动油气悬架控制器,实现了油气悬架系统的主动控制;最后利用MATLAB/Simulink编写仿真程序对其仿真分析,并与被动悬架的仿真结果作了对比,结果振动垂心加速度相比被动悬架改善了接近62%,俯仰角加速度的改善大约为60%;模拟仿真结果表明:该系统具有良好的控制效果,多轴车辆的平顺性和舒适性得到了明显的改善。本文结论可为实际生产应用奠定一定的理论基础。