无外界动力源主动悬架的能量可用性

将无外界动力源的主动悬架在半主动模式下吸收平均功率与在主动模式下消耗平均功率的绝对值比作为能量可用性的评价指标, 分析了优化PID与LQG控制主动悬架的性能与能量可用性。针对某重型汽车的1/4车主动悬架模型, 设计了PID与LQG控制器。当悬架阻尼比为0.1时, 以悬架二次型性能指标为目标函数, 利用遗传算法对PID控制器参数进行了优化。发现优化PID控制主动悬架的二次型性能指标较LQG控制主动悬架大3.32%, 优化PID与LQG控制主动悬架的能量可用性评价指标分别为17.15和226.33。分析结果表明: LQG控制主动悬架的性能略优于优化PID控制主动悬架; 2种主动悬架均满足能量可用性要求, 且LQG控制主动悬架的能量可用性远优于优化PID控制主动悬架。     

汽车侧倾运动安全主动悬架LQG控制器设计方法

为了提高汽车转向-侧倾运动的安全性, 设计了主动悬架侧倾运动安全LQG控制器; 建立了3自由度汽车转向-侧倾运动动力学模型, 选择横向载荷转移率、侧倾角及其加速度构建汽车侧倾安全综合性能评价指标; 为了解决现有设计方法无法跟踪系统干扰项(前轴转向角) 和控制加权矩阵行列式等于零带来的控制向量无法求解的难题, 将前轴转向角进行满足最小相位系统的微分变形, 并与原系统方程组成增广系统方程, 在综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量, 以满足LQG控制器设计条件; 结合层次分析法和归一法, 以鱼钩工况为基础, 仿真获取汽车转向-侧倾运动统计数据, 进而确定LQG控制器的加权系数, 通过多工况数值仿真验证主动悬架侧倾运动安全LQG控制器的工作效果。仿真结果表明: 新设计的LQG控制器不干扰驾驶人的转向操纵; 与被动悬架相比, 在鱼钩工况、蛇形穿桩工况和双移线工况下, 采用LQG控制器的主动悬架可使汽车侧倾运动安全的主要评价指标即横向载荷转移率的方差分别降低了32.08%、32.82%、29.24%, 侧倾角的方差分别降低了47.74%、44.19%、63.41%, 侧倾角加速度的方差分别降低了87.30%、60.00%、86.39%, 说明采用新设计LQG控制器的主动悬架可大幅度改善汽车侧倾运动安全性, 且具有良好的转向工况适应性。     

磁流变阻尼器参数对座椅悬架系统减振效果的影响

应用Bingham本构力学模型, 得到了磁流变阻尼器(MRD) 的结构尺寸参数(缸体内径、活塞直径、活塞杆直径、活塞有效长度)、线圈匝数和磁流变液表观黏度与输出阻尼力的关系, 利用力学模型分析了MRD的6个参数对输出阻尼力和动态范围的影响; 建立了基于MRD的半主动座椅悬架系统模型, 以驾驶人加速度和座椅软垫动行程的均方根作为减振效果的评价指标, 采用百分比斜率均方根评价MRD参数的影响程度; 结合Bingham本构力学逆模型, 分析了MRD的6个参数对减振效果的影响及MRD磨损对减振效果的影响。分析结果表明: 活塞直径对驾驶人加速度和座椅软垫动行程的影响因子分别为4.83、5.46, 缸体内径的影响因子分别为4.45、4.75, 线圈匝数的影响因子分别为0.61、0.67, 活塞杆直径的影响因子分别为0.53、0.59, 活塞有效长度的影响因子分别为0.51与0.56, 因此, 活塞直径对减振效果的影响最大, 其次为缸体内径, 随后依次为线圈匝数、活塞杆直径与活塞有效长度, 而磁流变液表观黏度对减振效果几乎没有影响; 为了获得较好的减振效果, 应使MRD的最大输出阻尼力与动态范围足够大。     

基于路面识别的主动馈能悬架多目标控制与优化

针对主动悬架减振性能和馈能特性在不同等级路面适应性较差的问题,建立了非线性电磁主动悬架模型; 考虑车辆在行驶过程中悬架簧上质量存在不确定性,提出了一种主动悬架自适应滑模控制器; 基于不同路面下悬架动力学响应数据,采用自适应模糊神经网络算法识别路面等级,确定控制器目标系数,实现了主动悬架安全性和舒适性之间的协调; 研究了电磁主动悬架馈能特性及其切换控制策略,在此基础上,考虑电磁主动悬架安全性、舒适性和节能性的矛盾关系,采用多目标粒子群优化(MOPSO),以悬架动力学性能和馈能特性为设计目标综合优化控制器和悬架结构参数,并通过模糊集理论对多目标优化后的Pareto解集进行最优解选取。研究结果表明：模糊神经网络对不同等级路面下非线性电磁主动悬架的最大识别误差能够控制在10%以内,满足识别准确性要求; 在C级路面条件下,优化后的主动悬架与传统被动悬架相比,簧上质量振动加速度减小了35.3%,轮胎动行程增大了7.7%,但可以控制在10%的安全范围内; 与原主动悬架相比,优化后悬架簧上质量振动加速度减小了10.5%,馈能效率增大了1.7%,优化后自适应滑模控制器能够更好地协调悬架馈能特性和减振特性; 建立的非线性电磁主动悬架模型可实现不同路面等级下悬架系统安全性、舒适性和节能性的综合最优。     

基于舒适性及道路友好性的拖挂车辆悬架参数优化方法

为了分析悬架系统对车辆舒适性和道路友好性的影响和选择合理的车辆悬架参数, 建立了七自由度的四轴拖挂车辆动力学模型。以拖车车身垂向加速度和各轴轮胎对路面的动作用力为目标函数, 通过统一目标函数法, 对拖挂车辆的各悬架参数进行多目标优化设计。优化后, 拖车车身垂向加速度下降了21.43%, 对路面具有最大作用力的拖车后轮的动载力减小了17.72%。优化结果表明: 合理选择拖挂车辆悬架参数不但可保证车辆行驶的舒适性, 而且还能明显减小重载车辆对路面的动作用力, 减轻对路面的损伤。     

悬架馈能作动器力学特性测试及非线性主动控制器设计

为提高车辆的乘坐舒适性并兼具回收振动能量的功能,对试制PMSM-滚珠丝杠式馈能作动器进行了力学特性测试,对库仑阻尼和作动器等效惯性质量进行识别,根据识别结果设计了馈能型主动悬架非线性控制器;结合电磁动力学建模、电气参数校核,采用分级变压充电试验方法对作动器样机进行三角波及正弦波位移输入下的力学特性测试,利用参数拟合使建模仿真力学特性曲线逼近实测曲线,完成库仑阻尼识别和等效惯性质量验证;对含有库仑阻尼及作动器等效惯性质量的主动悬架力学模型中的非线性项进行前馈反馈线性化处理,并对簧载质量/非簧载质量加速度项正则化处理,在此基础上根据作动器最大输出力设计了双约束H₂/H_∞控制器;利用数值仿真对被动悬架、理想主动悬架、常规H₂/H_∞控制主动悬架和双约束H₂/H_∞控制主动悬架进行悬架综合性能对比验证及馈能性能分析。分析结果表明：双约束H₂/H_∞控制主动悬架的簧载质量加速度均方根和综合性能指标较被动悬架分别降低47.05%和51.67%,仅比理想主动悬架分别差1.86%和1.34%,且比常规H₂/H_∞控制主动悬架分别优19.28%和11.21%;库仑阻尼和电机定子电阻分别消耗掉了作动器总吸收功率的18.99%和20.19%,相比之下,流向蓄电池的回收平均功率高达60.82%。     

铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂鲁棒控制

为保证一类具有参数不确定的铁道车辆横向能量回馈式主动悬挂系统的稳定性, 通过引入带有交叉乘积项的二次型调节器, 提出了一种鲁棒H∞控制器的设计方法, 并对含摄动的悬挂系统模型进行了鲁棒H∞控制器设计。分析了具有参数摄动的能量回馈式主动悬挂系统的能量平衡条件, 并在MATLAB/SIMULINK下, 对控制系统进行了仿真。仿真结果表明: 不确定闭环系统的结构奇异值峰值为0.867 5, 鲁棒H∞控制器使得能量回馈式主动悬挂系统鲁棒稳定; 车辆模型的共振频率增益降低了40 dB, 悬挂减振性能得到明显改善; 整个仿真过程回收能量为29.5 J, 系统达到了能量平衡。     

车辆主动悬挂最优预见控制模型

以复杂多自由度的车辆系统设计模型代替传统的简化模型, 建立了主动悬挂控制车辆系统模型, 设计了最优预见控制器, 研究了车体的浮沉、点头、侧滚3种运动状态在加控制和未加控制时的路面激扰响应。仿真计算结果表明在最优控制下车体的浮沉响应降低了27%, 点头响应降低了30%, 侧滚响应降低了30%;在预见控制二次加权矩阵的作用下, 车体的浮沉响应降低了54%, 点头响应降低了50%, 侧滚响应降低了45%;根据预见控制的提前预见可适时响应的特点, 系统可按设定目标预见步数提前作出响应, 由此验证了最优预见控制在复杂多自由度的车辆主动悬挂设计模型中应用的可行性和有效性。     

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。     

汽车主动安全关键参数联合估计方法

针对汽车主动安全系统的需求, 提出了一种包括纵向、侧向车速与附着系数的汽车主动安全参数的联合估计方法。基于3自由度车辆动力学模型和刷子轮胎模型, 建立不同道路附着系数条件下的扩展卡尔曼滤波模型, 利用交互多模型算法实现纵向、侧向车速的自适应估计, 并根据计算出的各模型概率实现道路附着系数的实时估计。计算结果表明: 该方法能在不同道路附着系数条件下进行车速的准确估计, 纵向车速估计误差小于1%, 侧向车速估计误差小于5%, 与扩展卡尔曼方法相比误差减小了50%以上, 且能够实时给出道路附着系数估计值, 估计误差小于0.1, 对路面突变的响应时间低于2s。     

车辆悬挂弹簧故障检测的能量传递特性比较法

利用弹簧刚度对悬挂传递函数的频移特性,提出一种车辆悬挂弹簧故障动态检测的新方法.对悬挂弹簧安装处的车体和构架垂向振动加速度信号分别进行7层谐波小波包分解,计算了8个低尺度的能量,在同一尺度上,将车体和构架的加速度能量相除得到悬挂的尺度能量传递特性,提出相邻时段对应悬挂尺度能量传递特性的比较方法,进行悬挂弹簧的故障检测.检测结果表明:当悬挂弹簧刚度蜕变时,其传递特性向高尺度变化,与检测机理分析得出的传递特性向低频率变化的分析结论一致,同时能够检测刚度蜕变10％的悬挂故障,因此,该方法可靠性高,具有一定的工程适应性.