基于天棚控制的半主动悬架建模及稳定性分析

为探究时滞因素对开关天棚控制半主动悬架动态稳定特性的影响,以含时滞的开关天棚控制半主动悬架模型和时滞微分方程理论为基础,并运用Lyapunov稳定性理论,提出该悬架控制系统失稳临界时滞求解的理论分析和数值计算方法;利用数值解法求得不同被动基值阻尼和可切换阻尼减振器阻尼系数下悬架系统的失稳临界时滞量及全(非全)时滞渐进稳定域;最后,通过建立含时滞开关天棚控制半主动悬架系统仿真模型,分析得到时滞对半主动悬架动特性的影响规律。结果表明,当时滞量达到临界值时,悬架系统稳定性将严重恶化。本研究为含时滞开关天棚控制可切换阻尼半主动悬架控制系统的时滞补偿及其稳定性控制策略的制定奠定基础。     

EHA半主动悬架时滞补偿控制研究

为了改善汽车平顺性,设计了车辆电动静液压(EHA)半主动悬架结构。计算了EHA半主动悬架系统临界时滞,分析了时滞的影响。提出了一种改进型Smith时滞预估补偿器,并将其应用于模糊控制EHA半主动悬架的时滞补偿,进行了仿真分析和试验验证。结果表明,改进型Smith预估补偿器能够对补偿环节的悬架模型参数误差进行修正,提高了悬架系统的抗干扰能力,可有效减小时滞对该半主动悬架的影响,从而改善其动态性能。     

基于TruckSim的重型商用车半主动悬架天棚控制研究

悬架是车辆底盘系统的关键组成部分之一,对车辆平顺性有十分重要的影响。传统的被动悬架无法根据车辆运行工况调整自身阻尼,减振效果有限,半主动悬架能够根据不同的运行工况实时调整自身阻尼,能够有效提升车辆平顺性。文章通过TruckSim和MATLAB/Simulink建立基于天棚控制策略的某重型商用车半主动悬架仿真模型和传统被动悬架仿真模型,并对两种悬架的减振效果进行了对比分析,结果表明,相比传统被动悬架,基于天棚控制策略的半主动悬架能够有效提升车辆平顺性,其中车身加速度均方根值降低22.9%,悬架动挠度均方根值降低15.1%,轮胎动载荷均方根值降低9.8%。     

基于ADAMS和MATLAB的空气悬架系统仿真与试验研究

利用空气弹簧特性试验得到的特性曲线,在ADAMS中建立2自由度1/4车辆空气悬架模型,在MATLAB中建立随机路面模型和3种半主动控制器模型。ADAMS与MATLAB接口联合仿真结果表明,半主动PID控制策略能够有效减小车身垂直加速度的均方根值;半主动位置全状态反馈控制策略能够有效减小悬架动行程的均方根值;而综合控制策略兼具上述二者优势,能够有效改善悬架性能,提高汽车行驶平顺性。     

基于遗传算法的车辆半主动悬架控制系统参数优化

遗传算法(Genetic Algorithm,GA)是一种基于自然群体遗传演化机制的高效优化算法,它能模拟自然界生物进化过程,依据适者生存,优胜劣汰的进化规则,采用人工进化的方式对目标群体进行遗传操作,不断得到更优群体。文章根据遗传算法基本思路,在MATLAB/Simulink中搭建了基于遗传算法的车辆半主动悬架参数优化模型,利用该算法对半主动悬架控制系统参数进行了优化,并对优化结果进行了仿真分析,结果表明,优化后车辆簧载质量加速度均方根值降低31.1%、悬架动挠度均方根值降低11.2%、轮胎动载荷均方根值降低7.1%,车辆平顺性得到提升。     

基于EHA的汽车主动悬架控制时滞研究

在分析电动静液压作动器(EHA)汽车主动悬架结构的基础上,建立了含时滞的EHA汽车主动悬架模型,研究了时滞对模糊控制主动悬架动态性能的影响.论述了解决控制时滞问题的主要策略,对带有时滞补偿的EHA模糊主动悬架进行了试验研究.试验结果表明,采用时滞补偿算法明显改善了EHA主动悬架的控制效果,为主动悬架样机的实用化奠定了基础.     

阻尼可调半主动悬架自适应神经网络模糊控制

车辆在运行的过程当中,为了使行驶更加的平稳和顺滑,越来越多的汽车选择可变阻尼半主动悬架系统。文章利用Matlab/Simulink等软件进行模型设定,再在上述模型中引入模糊控制模块,用以控制车辆的行驶舒适性和平顺性。通过相关的仿真检测,在各种混合工况下,弹簧载荷的质量加速度的均方根值减少了10.5%,悬架动行程的均方根值则是减少了11.98%。     

半主动悬架模糊PID混合控制及时滞分析

半主动悬架较被动悬架，在乘坐舒适性、操纵稳定性方面均有较大提高，同时与主动悬架相比具有性价比高、耗能小等优点，所以半主动悬架成为近年来汽车底盘研究的热点。本文基于车辆4自由度1／2半主动悬架模型，提出了模糊PID混合控制算法，并基于该算法对半主动悬架进行控制，且对半主动悬架系统的时滞问题做了定量分析。仿真结果表明，模糊PID混合控制的半主动悬架在车身加速度、车身俯仰角加速度、前后悬架动挠度、前后轮胎动载荷、前后簧载质量加速度等在时域和频域中均有所改善，且一定量的时滞对该算法亦影响较小。这对半主动悬架控制算法的研究和半主动悬架的开发具有较大参考价值。     

考虑边界约束的阀控阻尼可调半主动悬架显式混杂模型预测控制

针对阀控阻尼可调半主动悬架减振器输出阻尼力存在的边界约束,引入混合逻辑动态理论,建立半主动悬架混杂系统整车模型。确立半主动悬架模型预测控制的二次型目标函数,采用多参数规划技术显式求解半主动悬架混杂系统模型预测控制问题。在随机路面输入工况下进行仿真验证结果表明,阀控阻尼可调半主动悬架的显式混杂模型预测控制能在兼顾操纵稳定性的同时,有效改善车辆的乘坐舒适性。     

增加缓冲器的馈能式悬架性能研究

为解决惯性质量带来的馈能式悬架性能恶化的问题，研究了减振器串联缓冲器的解决方案。建立了带缓冲器的2自由度馈能式悬架模型，理论研究表明增加缓冲器利于改善簧载质量加速度、悬架动挠度，同时降低惯性力；通过传递特性分析，揭示了缓冲器对减振器速度幅值通低频阻高频的作用。对比有无缓冲器时悬架耗散功率，结果表明缓冲器降低了悬架耗散功率。通过台架对比测试，验证了增加缓冲器能够有效提升馈能式悬架性能，簧载质量加速度均方根值降低58.0%，车轮相对动载荷均方根值降低33.3%，悬架动挠度均方根值降低27.6%。     

基于状态反馈和预瞄前馈的智能车半主动悬架控制

为提高智能车辆的半主动悬架综合控制性能，提出一种基于状态反馈和预瞄前馈的半主动悬架控制方法。首先，以8轮车为研究对象建立11自由度半主动悬架模型，设计LQR状态反馈控制器。然后，为解决状态反馈控制抗路面干扰能力弱和基于固定时序延迟的预瞄反馈控制适用性差的问题，提出一种基于状态反馈和预瞄前馈的控制器：建立车轮运动规划模型和路面预瞄模型，计算出悬架控制系统所需的车轮规划轨迹点序号和控制延迟响应时间；以路面激励和垂向加速度为输入、以前馈阻尼力为输出，设计基于类模糊的预瞄前馈控制器，并与LQR反馈控制器一并构成所提控制器。最后，基于MATLAB/Simulink和Trucksim联合仿真平台，进行匀速转向工况、变速直线工况、变速转向工况和匀速直线工况下的试验验证。结果表明，在垂向加速度、俯仰角加速度、侧倾角加速度均方根值方面，与被动悬架相比，所提控制方法在4种工况下至少降低了23.52%、13.59%、19.35%；与基于固定时序延迟的预瞄反馈控制相比，所提控制方法在前3种工况下至少降低了14.04%、8.09%、13.79%；与基于状态反馈的控制方法相比，所提控制方法在第4种工况下降低了13...     

基于道路友好性的重载汽车悬架半主动控制研究

车辆的平顺性和道路友好性是反应车辆悬架性能的2个重要指标。为改善重载汽车在道路行驶中的友好性,基于7自由度重载汽车动力学模型,建立了半主动悬架系统的运动方程,设计了半主动悬架最优控制器,考虑路面不平度的随机激励,以车辆平顺性和道路友好性为控制目标,提出了车辆悬架的最优半主动控制策略,并且给出了详尽的推导过程。仿真分析结果表明:当汽车以20m/s的速度行驶在C级路面时,车身和驾驶室垂向加速度有效均方根值分别减少了3.42%和46.4%,轮胎对路面的破坏减少了2.10%;半主动控制悬架有效地保证了车辆行驶的平顺性,同时可减小车辆对路面的冲击作用,改善了车辆的悬架性能。     

基于T-S模糊模型的车辆电液悬架系统H_∞控制

为了进一步降低主动悬架作动器输出力并优化控制系统鲁棒性,建立车辆7自由度整车模型,采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊建模技术,设计主动悬架外环H_∞控制器,从而根据路面输入调节主动悬架性能,提升作动器能效。通过构建一个包括控制器稳定性分析、悬架运动空间及力的限值问题的线性矩阵不等式组,将控制器的优化问题转换为此线性不等式组的求解问题,并结合并行分配补偿控制技术,得到此控制器状态反馈系数。针对系统不确定性参数,内环采用自适应鲁棒控制方法,提升控制力的跟踪性能。通过对不同路面轮廓激励工况、交叉轴双轮激励工况以及控制力跟踪性能进行仿真试验,分析被动悬架和主动悬架性能评价指标,并对其作动器输出力进行对比研究。研究结果表明:在小激励下,基于T-S模糊模型的H_∞控制主动悬架相比被动悬架,各车轮处加速度均方根值可降低80%以上,与最优控制相比可降低47%以上;而在大激励时,虽然其加速度均方根值有所上升,但其悬架动挠度峰值较被动悬架有所下降;通过路面交叉轴激励对比可以看出,针对整车平顺性参数,该方法可在路面小激励时较被动悬架降低质心、俯仰以及侧倾加速度均方根值达55%、83%以及90%以上;与反演作动器输出力及最优控制作动器输出力对比结果表明,该控制方法可有效降低主动悬架控制力峰值20%以上,并提升控制力的跟踪性能;基于T-S模糊模型的H_∞控制可以在保证车辆悬架性能的基础上有效降低系统能耗。     

半主动悬架的滑模变结构控制

针对带有电流变液智能阻尼器的半主动汽车悬架模型,运用滑模变结构方法设计了半主动悬架滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面系数,用指数趋近率改善滑模运动段的动态品质并进一步确定了半主动悬架的实时控制阻尼力。对多种激励信号下隔振质量的响应及半主动悬架系统在系统参数摄动下的鲁棒特性进行了仿真分析。结果表明:变结构控制下半主动悬架系统的隔振效果要远好于最优被动系统,而且对外界扰动有一定的适应性,对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。     

汽车磁流变半主动座椅悬架动态特性的试验研究

为进一步提高汽车的乘坐舒适性,研发了一种汽车座椅半主动悬架用磁流变减振器,并对其进行阻尼特性试验,通过分析其受力情况,建立了汽车半主动座椅悬架动力学模型,设计了用于座椅磁流变半主动悬架的天棚控制策略,并在随机和正弦激励输入下进行了座椅天棚控制仿真计算,试制了磁流变半主动座椅物理样机及试验台架系统,开展了磁流变半主动座椅悬架的台架试验研究。结果表明,理论仿真和试验结果基本吻合,磁流变减振器阻尼可控性好;相对于被动座椅悬架,采用磁流变半主动座椅悬架后,座椅动态性能改善了30%左右,磁流变半主动座椅悬架减振效果显著。     

汽车半主动悬架的滑模控制及鲁棒性

在多自由度车辆动力学模型的基础上，提出了基于多输入系统的滑模控制律，并应用于汽车半主动悬架控制系统的设计。研究了系统的时、频域响应，计算了响应的功率谱均方根值，考查了滑模控制器的稳定性和鲁棒性。仿真结果表明：多输入系统滑模控制器性能稳定，对模型参数的改变，具有良好的鲁棒性。     

基于模糊算法的车辆半主动悬架控制

以汽车二自由度悬架系统为研究对象,针对半主动悬架系统,提出以车身加速度为控制目的的模糊控制策略。以白噪声随机响应谱作为B级路面的激励输入,对被动悬架和半主动悬架系统进行仿真研究。仿真后的被动悬架与半主动悬架对结果表明,所提出的模糊控制策略有效的降低了悬架系统被击穿的可能性,提高了汽车乘坐的舒适性。     

含时滞悬架系统H∞控制的理论与实验研究

本文中以考虑时滞的汽车主动悬架系统为研究对象,利用理论与实验相结合的方法,研究时滞对悬架系统振动特性的影响。首先,建立考虑时滞的主动悬架系统动力学模型,基于H_∞控制理论,通过Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法,推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式,设计了已知最大稳定时滞量的H_∞控制律;然后,利用数值仿真和实验方法对该控制律进行验证,结果表明H_∞控制律能有效抑制簧载质量加速度;最后,分析了不同增益下时滞与簧载加速度均方根值的变化关系,研究发现时滞量距离控制增益所对应的τ_(max)越近,控制效果越好。     

基于半主动自适应悬架系统的整车道路友好性研究

为了提高车辆的道路友好性与平顺性,设计了以磁流变减振器为控制对象的整车自适应模糊控制半主动悬架系统。在试验测试和理论分析的基础上,建立了基于磁流变减振器的整车半主动悬架模型及其状态方程,并用该模型对自适应模糊控制方法进行了研究。模型的输入采用B级和C级路面谱;道路友好性评价指标采用动载荷系数和动载荷应力因子;使用MATLAB/Simulink建立基于2个自适应模块的模糊控制器控制系统,模糊控制器的输入均采用车身与车桥的相对速度和相对加速度。仿真结果表明:与被动悬架相比,在B级和C级路面、不同速度下,半主动自适应悬架动载荷系数均降低30%左右,动载荷应力因子均降低40%以上,同时也提高了车辆的运行平顺性和稳定性。     

主动悬架用直线电机模型预测推力控制

针对主动悬架用直线电机高精度与高效率的控制需求，充分研究直线电机以及主动悬架动力学特性，建立直线电机驱动模型与主动悬架二自由度参考模型。为了改善传统直线电机直接推力控制的动态性能，提出一种改进的模型预测推力控制方法。该方法将逆变器产生的7个非零电压矢量作为备选矢量，并融合预测模型来计算出控制周期内的电机运行状态参数，基于成本函数最小值原理挑选出最优电压矢量，并将其作用于逆变器产生驱动电机所需的电压。为了解决数字控制系统的固有问题，提出延时补偿技术，保证对电机能够进行实时控制；对于逆变器开关频率不固定而引起的开关损耗等问题，通过在成本函数中加入开关频率项，在选择最优电压矢量的同时还降低了逆变器的整流频率与开关损耗；另外为了提高电机推力的效率以及减小推力与磁链波动，提出最大推力电流比与占空比优化控制技术，提高直线电机的动态控制性能。基于MATLAB/Simulink与dSPACE联合仿真，并搭建直线电机与主动悬架硬件测试平台，对所提出的控制方法进行验证，同时对主动悬架系统的动力学性能也进行了仿真与试验测试。试验结果表明：相较于传统的直接推力控制，所提出的控制策略使电机能够拥有更快的稳态速度、更小的电磁力与磁链波动以及更低的开关频率；各工况下，轮胎动载荷试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为12.3%、4.47%、6.3%；悬架动行程试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为10.3%、8.86%、10.6%；车身加速度试验与仿真结果均方根值的相对误差分别为6.23%、9.12%、7.2%。由计算结果可知，各评价指标的相对误差均在13%以内，验证了仿真结果的正确性，证明了模型预测推力控制对于提升电机与悬架动力学性能的有效性，能够实现对车辆悬架系统全局工况性能最优，协调控制悬架系统的动力学性能。