预瞄信息空气悬架汽车在加速/制动工况下的LQG控制

建立了基于空气悬架的1/2车辆加速/制动系统模型,通过轴距预瞄在后轮处提前预测路面不平度;设计了基于轴距预瞄控制算法的加速/制动最优控制器;进行了白噪声仿真分析。仿真结果表明:与被动空气悬架加速/制动系统相比,基于轴距预瞄控制的主动空气悬架加速/制动系统能有效降低车辆振动。与最优控制空气悬架加速/制动系统相比,质心加速度和后轮对应处的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载均有显著减小,较好的改善了车辆在加速/制动时的平顺性和操纵稳定性。     

基于电动作动器的车辆悬架系统控制

为了研究控制策略与作动器对车辆主动悬架稳定性的耦合作用效果,设计了一款能够传递力与位移的电动作动器,其作用是经齿轮机构将直流无刷电机的输出减速后通过滚珠丝杠转化为低速直线运动.建立了该电动作动器作动系统的AMESim模型与电动主动悬架的物理模型,仿真分析了电动作动器作动系统的跟随性及误差值.设计了LQR控制器,以正弦信号输入,考虑主动悬架控制策略与电动作动器的耦合关系,借助Matlab/Simulink与AMESim联合仿真,分析了电动主动悬架的动态特性.结果表明,所设计的LQR控制器对基于电动作动器的车辆悬架系统有较好的控制效果,可有效改善车辆的行驶平顺性与操作稳定性.     

电控空气悬架系统参数自整定模糊PID控制

提出电控空气悬架(Electronically Controlled Air Suspension,ECAS)的参数自整定模糊PID控制策略,设计参数自整定模糊PID控制器。利用AMESim软件建立1/4电控空气悬架系统模型,采用Matlab/Simulink和AMESim在不同路面、不同车速下对空气悬架系统分别进行PID控制与参数自整定模糊PID控制策略下的联合仿真。仿真结果表明:与PID控制仿真比较,采用参数自整定模糊PID控制策略使电控空气悬架的性能指标得到显著改善。搭建1/4电控空气悬架试验台,利用电液伺服激振台进行激励加载,完成硬件在环实时仿真测试,试验结果证明采用参数自整定模糊PID控制能有效提高悬架的总体性能。     

基于半车模型的悬架与ABS系统协调控制研究

运用模糊控制和滑模控制方法分别对半主动悬架系统和防抱死制动系统进行控制,建立了半主动悬架和防抱死制动系统的联合仿真模型,同时建立协调控制器对制动系统和悬架系统进行协调控制,仿真结果表明车辆性能参数得到了有效改善。试验结果表明,车辆制动减速度增加15%,距离和制动时间分别得到13.86%和11.38%的减小,车身俯仰角和质心垂直振动加速度分别有18.1%和16.2%的减小,试验验证了仿真模型的正确性和协调控制策略的有效性。     

基于预瞄信息的主动悬架最优控制

在MATIAB/SIMULINK中建立了七自由度车辆主动悬架模型,以提高车辆行驶平顺性为控制目标,主动悬架作动器的输出力为控制对象,根据最优控制原理设计出了基于轴距预瞄信息的主动悬架控制策略.仿真结果表明,与无预瞄系统的控制策略相比,基于预瞄信息的最优控制策略能够有效地降低车身垂直振动加速度、车身侧倾角加速度和俯仰角加速度,车辆行驶平顺性明显提高.     

基于预瞄信息的主动悬架最优控制

在MATLAB／SIMULINK中建立了七自由度车辆主动悬架模型,以提高车辆行驶平顺性为控制目标,主动悬架作动器的输出力为控制对象,根据最优控制原理设计出了基于轴距预瞄信息的主动悬架控制策略．仿真结果表明,与无预瞄系统的控制策略相比,基于预瞄信息的最优控制策略能够有效地降低车身垂直振动加速度、车身侧倾角加速度和俯仰角加速度,车辆行驶平顺性明显提高．     

车辆能量回馈式主动悬架μ综合控制

为了改善车辆能量回馈式主动悬架系统的稳定性、减振性及能量回馈性能, 建立了含参数摄动的1/4车体能量回馈式主动悬架模型并进行动力学分析, 基于μ综合方法设计了该系统的鲁棒控制器. 为验证其控制效果, 利用MATLAB/SIMULINK进行了仿真. 结果表明, 在参数摄动和路面不平顺输入的干扰下, 基于μ综合控制的车辆能量回馈式主动悬架鲁棒稳定, 闭环系统的结构奇异值峰值为0.580 9, 在给定频段内能更好地抑制车体振动,在固有频率下车体垂直振动加速度增益降低了9 dB.      

半车主动悬架系统模糊PID控制器设计及仿真

基于车辆动力系统模型,设计了针对车辆平顺性的4自由度车辆主动悬架系统半车模型。针对提高车辆平顺性设计了模糊控制规则库,并将模糊控制逻辑结合到PID控制当中,设计了主动悬架系统的模糊PID控制器。通过MATLAB/Simulink仿真分析了基于模糊PID控制器的主动悬架与被动悬架的性能。仿真结果表明:设计的模糊PID控制器,能显著降低车身加速度和俯仰角,提高主动悬架的平顺性。     

基于AMESim-Simulink的馈能空气悬架设计与性能分析

设计了一种馈能空气悬架,利用新型减振器回收振动能量,并储存为压缩空气有效能;介绍了该馈能悬架的结构与工作原理,并建立该馈能空气悬架的AMESim-Simulink联合仿真模型,分析减振器外特性及馈能空气悬架对车身振动能量的利用效能。结果表明:新型减振器具有优良的外特性;馈能空气悬架具有优良的馈能效率,可在较短时间内为高压储气罐充气至规定压力,故该悬架可为车辆节省用于驱动电动空气压缩机的电能,具有很好的经济效益与现实意义。     

基于后轴空气悬架的货车平顺性比较研究

为了研究后轴空气悬架对货车平顺性的影响,利用ADAMS软件,基于匹配原则分别建立了后轴平衡悬架与后轴空气悬架的货车多体动力学仿真模型.开展了整车在随机路面上的平顺性仿真,对比分析了2种悬架对平顺性的影响,同时研究了车速和货物质量对后轴空气悬架货车平顺性的影响.结果表明,后轴安装空气悬架能够明显改善车辆的平顺性,减小货物的振动;同时,降低车速,减小货物质量都将有利于改善车辆的平顺性.     

基于二系垂向作动器与压电作动器的动车组车体振动控制

为了减小高速动车组车体刚性与弹性振动, 提出了一种基于二系垂向作动器与车体压电作动器的高速动车组车体振动主动控制方法; 基于某型高速动车组, 设计了一种在车辆二系安装垂向作动器, 在车体底架布置压电作动器, 运用H_∞鲁棒最优控制器进行车辆协调控制的主动减振方法; 建立了基于车辆动力学参数的刚柔耦合减振力学模型, 采用H₂及H_∞准则优化压电作动器与压电传感器布置位置, 运用鲁棒最优控制方法设计了H_∞反馈控制器; 利用MATLAB仿真了减振装置与主动控制方法对车辆动力学性能的影响, 比较了被动悬挂车辆、仅安装二系垂向作动器车辆与采用主动控制车辆的动力学性能差异。研究结果表明: 压电作动器与压电传感器布置在距车体左端距离为7.15、12.25、17.35m处车体一阶及二阶弹性模态归一化H₂及H_∞范数最大, 可以作为压电作动器与传感器的布置位置; 基于二系垂向作动器与车体压电作动器的鲁棒最优控制方法能够有效地抑制车体的振动, 一阶垂弯振动频率处车体中部和转向架上方的加速度功率谱分别减小为被动悬挂车辆的5%、10%;速度越大, 振动加速度抑制效果越明显, 当车辆的运行速度为200km·h^-1时, 车体振动加速度均方根减小10%, 当车辆的运行速度为350km·h^-1时, 车体振动加速度均方根减小18%;相对于被动悬挂, 二系垂向作动器输出力功率谱在车体浮沉与点头振动频率处的量级为10⁶ N²·Hz^-1, 对车体刚性振动有较大抑制作用, 压电作动器电压功率谱在车体一阶垂弯振动频率处达到峰值4 000V²·Hz^-1, 对车体弹性振动有较大抑制作用。     

四角互联空气悬架系统平顺性与消扭特性

为提高车辆在不平路面上的行驶平顺性,减小车身所受扭转载荷,提出了一种四角互联空气悬架系统.基于工程热力学和车辆动力学理论,构建了带四角互联空气悬架的整车动力学模型.通过搭建试验台架,验证了所建模型的准确性,并在Matlab/Simulink中进行了仿真分析.研究结果表明:当车辆以20 km/h的速度行驶在对扭路面时,与传统空气悬架相比,四角互联空气悬架可使车身加速度、侧倾角和车轮动载荷分别改善22.5%,24.2%和16.3%, 并消除27.8%的车身扭转载荷,但悬架动行程增大20.6%;连接管路内径在0~10 mm范围增大,互联效果越显著,当车速在10~60 km/h范围时,四角互联空气悬架能有效提升车辆隔振性能,且车速在40 km/h以下消扭效果更加明显.      

基于柔性多体动力学的地铁车辆半主动控制

为了对地铁车辆的运行性能实现更准确的评估和更有效的优化,借助有限元理论和子结构理论建立了车体和转向架构架等关键零部件的柔性动力学模型;基于天棚半主动控制算法和柔性多体动力学理论,建立了考虑半主动控制悬挂的地铁车辆刚柔耦合动力学模型;考虑轨道随机不平顺的影响,研究了半主动控制悬挂以及结构柔性对地铁车辆运行稳定性和乘坐舒适性的影响。研究结果表明：相对于传统的悬挂装置,天棚半主动控制极大降低了车辆的振动加速度,并使其变化趋势更加平缓,对车辆的低频振动有明显的抑制作用;采用本文的研究参数,天棚半主动控制在直线段可使车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度均方根(RMS)分别降低26.8%和7.5%,使车体横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低8.8%和4.9%,而在曲线段,天棚半主动控制可使车辆垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS分别降低25.1%和5.7%,使横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低15.6%和8.3%,车辆的乘坐舒适性和运行稳定性大幅提升;考虑结构柔性时,车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS相比于未考虑结构柔性时分别增大了4.3%和6.8%,横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别增大了3.0%和3.4%。可见,车体和构架的结构柔性对车辆的动态特性有较大影响,在对车辆运行稳定性和乘坐舒适性进行计算和评估时不可忽略。     

基于MATLAB的汽车动力性GUI界面开发

以MATLAB软件的GUI为设计工具,建立了汽车动力性数学模型,通过最小二乘法和插值法绘制了发动机外特性曲线、汽车驱动力与行驶阻力平衡图、加速度倒数曲线、爬坡度曲线,以及加速时间曲线、最高车速变化曲线、加速度变化曲线和爬坡度变化曲线,直观、清晰地分析了汽车的动力性和各参数对动力性灵敏度的影响,使设计者清楚地了解汽车的动力性好坏以及各参数的影响,进而对设计作出改进。     

气隙对直线电机地铁系统动力响应的影响

应用概率统计和频域分析理论, 分析了广州地铁4号线列车行驶过程中直线电机与感应板间动态气隙的实测数据; 建立了车辆-轨道垂横向耦合动力学模型, 研究了受气隙影响的垂向电磁力对车体和轨道系统的动力影响, 并与轨道随机不平顺对系统的动力影响进行了对比。研究结果表明: 92.2%的气隙在9¹2mm的标准范围内, 且服从均值为10.5mm、标准差为1mm的正态分布; 感应板上表面与钢轨顶面的高度差是峰值气隙的决定因素, 通过气隙静态测量可确定线路的最不利气隙位置; 气隙的频域成分以小于0.1m^-1的空间频率为主, 并存在0.2m^-1的频率尖峰, 即气隙存在约为5m的周期成分; 垂向电磁力对车体加速度影响较小; 垂向电磁力可使轨道结构产生上升位移, 在同时存在轨道不平顺的情况下, 钢轨最大位移可达0.8mm, 轨道板最大位移可达1.0mm; 轨道不平顺是轨道结构持续振动的主要诱因, 垂向电磁力只会在开始作用于轨道结构的瞬间产生较大加速度, 垂向电磁力引起的轨道结构最大加速度大于轨道不平顺引起的最大加速度, 轨道不平顺和垂向电磁力的共同作用效果远大于单一因素的影响, 钢轨加速度可达2 200m·s^-2, 轨道板加速度可达1 500m·s^-2; 垂向电磁力对轮轨垂向力的最大影响在9kN以内; 可采用动态和静态检测相结合的方法测量气隙, 先应用列车上的动态检测设备测量出线路感应板超限点的大体位置, 然后进行人工精确测量, 维护后再次使用动态检测法进行气隙合格检验, 实现快速、精确、有效维护线路感应板的目的, 减小气隙对轨道结构垂向振动的影响。     

简支梁桥车桥耦合振动分析

车桥振动问题是车辆和桥梁两个动力系统耦合振动问题,为掌握桥梁结构动力响应特性,必须研究不同车辆模型对桥梁结构动力响应的影响。基于车桥耦合振动原理,采用Matlab语言编制车桥耦合振动专用程序。采用该程序对一座简支梁桥的动力响应进行分析,对不同车辆模型作用下的计算结果进行比较,结果表明不同车辆模型对桥梁的动力响应存在差异,且对不同动力响应的影响程度也不同。     

侧向风荷载对人-车-路系统耦合振动的影响分析

采用谱解法模拟脉动风荷载场,根据风洞试验测得的车辆的空气动力参数,计算出作用在车辆侧面的风荷载;将风荷载加到人-车-路耦合振动系统方程中,建立起考虑其影响的系统耦合振动方程;采用人体加权竖向振动加速度均方根值对车辆乘坐舒适度进行评价,并对模拟风速场及侧向风速大小对车辆乘坐舒适度的影响进行讨论.分析表明：静态风减小了人体、车辆振动加速度的最大值,但对其加速度均方根值没有影响;脉动风作用下人体振动加速度最大值略有变化,但均方根值却增大较多;侧向风荷载场对路面结构的振动几乎没有影响;平整路面下乘坐者出现不舒适感的临界风速为55m/s,A级不平整路面出现不舒适感的临界值为15m/s.     

铁道车辆自供能量横向主动悬挂系统

为了减少车辆主动悬挂对外部能源的消耗, 设计了自供能量主动悬挂系统, 建立了车辆半车简化横向悬挂动力学模型, 设计了LQG控制器, 并利用随机振动理论分析了系统能量平衡存在的条件, 采用Matlab/Simulink对系统的运行效果进行了仿真。仿真分析结果表明: 自供能量主动悬挂系统比半主动和被动悬挂拥有更好的隔振效果, 且当直流电机作动器的等效阻尼系数大于规定值时, 系统在实现主动减振控制的同时还能够反馈能量。