汽车电磁主动悬架的研究现状与发展趋势

主动悬架是基于汽车在行驶过程中运动状态和路面状况变化产生主动控制力使车辆处于最佳减振状态。电磁主动悬架具有无接触摩擦、响应快、控制力大、适应频率宽、可控性好等优点,是实现汽车主动悬架系统的主要途径,电磁主动悬架成为国内外研究热点。基于国内外近年对电磁主动悬架的研究现状,对各类电磁主动悬架的作动器进行分析总结,最后针对电磁主动悬架目前的关键问题和悬架系统目前馈能研究现状进行了总结。     

轮毂电机驱动电动汽车主动悬架最优控制研究

为解决轮毂电机驱动电动汽车因非簧载质量的增加而导致行驶平顺性降低的问题,在轮辋内安装电磁式主动悬架。建立1/4车辆悬架模型,采用二次型最优控制策略,获得电磁作动器最优控制力。利用MATLAB软件搭建悬架仿真模型,结果表明对轮毂电机驱动电动汽车主动悬架采用最优控制策略能较好地改善汽车的平顺性。     

车辆主动悬架用电磁作动器温度场的有限元仿真分析

利用异步感应电机工作原理,设计了一种新型车辆主动悬架用电磁直线作动器。建立了该作动器的有限元仿真模型,并对其电磁力和温度场进行了有限元仿真分析,得出作动器内部的温度场分布规律:作动器在产生大电磁力的同时,内部温度上升明显,初级绕组处的温升最快,初级铁芯越接近次级温升越快。对加工后的电磁作动器样机模型进行了堵转情况下的电磁力和温度试验测试,所得结果与仿真结果基本一致。     

直线电机式主动悬架协调车身姿态控制研究

将直线电机作为汽车主动悬架的作动器,能实现悬架的主动减振。建立整车主动悬架的动力学模型和直线电机的数学模型,输入三相交流电,测试直线电机的电磁力,仿真与试验的结果较为一致,验证了电机数学模型的正确性。基于整车姿态协调控制原理,结合模糊控制理论和电流滞环控制策略,研究了包含直线电机作动器的车辆主动悬架的动态响应。结果表明,该控制策略可行,且控制系统能有效改善车辆舒适性和行驶安全性,车身姿态也得到有效控制。     

Review on Vehicle Electromagnetic Suspension Technology

主动悬架对路况和车况的自适应能力强,可显著提升车辆的行驶平顺性,而作为其核心部件之一的作动器,则是实现主动悬架性能的关键.随着电动车、电控系统和电磁减振技术的发展,电磁作动器在车辆悬架系统上的应用开始受到关注.本文中对车辆电磁悬架技术的研究和应用现状进行回顾和分析,并对其应用前景进行展望.     

汽车主动悬架作动器故障诊断与控制补偿方法

在建立二自由度1/4车辆主、被动悬架模型和LQG控制器的基础上,设计了卡尔曼滤波器实现对悬架状态的估计。针对汽车主动悬架作动器增益故障,设计卡尔曼滤波器获得状态残差,实现对故障的在线诊断,得到悬架故障增益。对LQG控制率进行实时控制力补偿,实现主动悬架作动器的容错控制,并利用MATLAB/Simulink进行了仿真。结果表明,设计的状态估计器能及时发现故障,并进行控制力补偿,使故障悬架快速恢复原有性能,提高主动悬架的可靠性。     

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.     

基于振动状态估计的电动静液压主动悬架切换控制研究

为减少电动静液压(EHA)主动悬架作动器失效对车辆动态特性的影响,设计了一种基于振动状态估计的EHA主动悬架切换控制策略。建立EHA作动器失效模型,基于卡尔曼滤波算法,以悬架系统状态变量残差与簧载质量加速度作为复合切换条件,设计了一种EHA主动悬架切换控制策略,并进行了仿真和台架试验。结果表明,该切换控制策略在作动器失效后能够进行模式切换,可消除切换紊乱现象,并在短暂时滞后,使EHA主动悬架性能恢复至与正常悬架相近的水平,改善了作动器失效造成的车辆动态特性恶化问题。     

An Investigation into Vehicle Active Suspension with Electromagnetic Actuator

应用电磁感应的基本原理,设计了一种响应快、出力大和动行程长的车辆主动悬架用作动器.建立了该作动器的集总元件的动力学模型并进行仿真;同时对制作的样机进行了斜坡电压输入和方波电压输入的电磁力测试,测试与仿真结果很好吻合,验证了模型的准确性.最后,结合最优控制理论和矢量控制方法,对包含作动器动力学模型的车辆主动悬架系统进行了正弦路面激励下的仿真分析,结果表明,与被动悬架系统相比,主动悬架系统能明显提高车辆的平顺性.     

汽车馈能式电动主动悬架控制器设计与试验研究

针对直流无刷电机结合滚珠丝杠结构作为电机作动器的汽车馈能式主动悬架,设计了其电机作动器的电子控制系统。该控制系统的硬件部分由DSP控制器、驱动及功率模块和DC-DC电源供应模块3个模块构成;软件部分采用了基于μC/OS-Ⅱ实时多任务操作系统的控制算法。分别对所研制的电动主动悬架与原配液压被动悬架进行整车试验,研究了电动主动悬架的随动特性及馈能可行性。     

电磁馈能悬架作动器设计

为了实现电磁馈能悬架减振与能量回收的目的,将永磁直线电机作为悬架的作动器.以传统筒式减振器为试验对象,设计了一种圆筒型直线式作动器,对作动器各部分结构尺寸进行了设计,并对作动器进行了仿真分析.结果表明:设计的永磁直线作动器电磁力在均值为330N,磁场分布均匀,满足作动器设计要求.     

主动汽车悬架的非线性控制

本文采用１／４车模型对天棚阻尼器和主动悬架的动力学性能进行分析，针对执行器的非线性特性，探讨了微分几何法和反馈法线必互法在主动悬架控制中的应用，在系统控制设计中采用了离散滑模法，仿真结果显示非线性控制律能有效地改善主动悬架的隔振特性。     

Adaptive impedance control of a hydraulic suspension system using particle swarm optimisation

This paper presents a novel active control approach for a hydraulic suspension system subject to road disturbances. A novel impedance model is used as a model reference in a particular robust adaptive control which is applied for the first time to the hydraulic suspension system. A scheme is introduced for selecting the impedance parameters. The impedance model prescribes a desired behaviour of the active suspension system in a wide range of different road conditions. Moreover, performance of the control system is improved by applying a particle swarm optimisation algorithm for optimising control design parameters. Design of the control system consists of two interior loops. The inner loop is a force control of the hydraulic actuator, while the outer loop is a robust model reference adaptive control (MRAC). This type of MRAC has been applied for uncertain linear systems. As another novelty, despite nonlinearity of the hydraulic actuator, the suspension system and the force loop together are presented as an uncertain linear system to the MRAC. The proposed control method is simulated on a quarter-car model. Simulation results show effectiveness of the method.     

Utilisation of optimisation solutions to control active suspension for decreased braking distance

This work deals with how to utilise active suspension on individual vehicle wheels in order to improve the vehicle performance during straight-line braking. Through numerical optimisation, solutions have been found as regards how active suspension should be controlled and coordinated with friction brakes to shorten the braking distance. The results show that, for the studied vehicle, the braking distance can be shortened by more than 1?m when braking from 100?km/h. The applicability of these results is studied by investigating the approach for different vehicle speeds and actuator stroke limitations. It is shown that substantial improvements in the braking distance can also be found for lower velocities, and that the actuator strokes are an important parameter. To investigate the potential of implementing these findings in a real vehicle, a validated detailed vehicle model equipped with active struts is analysed. Simplified control laws, appropriate for on-board implementation and based on knowledge of the optimised solution, are proposed and evaluated. The results show that substantial improvements of the braking ability, and thus safety, can be made using this simplified approach. Particle model simulations have been made to explain the underlying physical mechanisms and limitations of the approach. These results provide valuable guidance on how active suspension can be used to achieve significant improvements in vehicle performance with reasonable complexity and energy consumption.     

油气主动悬架非线性模型的建立、仿真与试验验证

本文通过分析油气悬架中存在的气体弹簧刚度非线性特性和摩擦力，建立了主动悬架的非线性模型。分析了悬架的非线性特性对悬架运动的影响。仿真和试验结果表明，非线性模型比线性模型更接近油气悬架的实际情况，根据非线性模型设计的车身高度控制策略比根据线性模型设计的控制策略具有更好的控制效果。     

电液主动悬架滤波输出反馈控制器的设计及仿真实现

基于1／2车辆模型和非线性电液作动器，提出并详细设计了主动悬架滤波输出反馈控制器。整个主动悬架系统分解为内、外两个回路，外回路采用滤波输出反馈控制，大幅度衰减了车辆在高低频范围内的起伏和俯仰运动，提高了车辆的乘坐舒适性。内回路基于非线性作动器模型，采用传统的PI控制器，较好地跟踪输出了控制系统需要的作用力。此外，还对作动系统的摩擦力进行了详细建模。频域和时域仿真结果演示了主动悬架的良好性能并验证了结论。     

An Original Feedback Control with a Reversible Electromechanical Actuator Used as an Active Isolation System for a Seat Suspension. Part I: Theoretical Study

This paper provides an overview of a theoretical study of an active seat suspension. The principal objective of this study is to improve ride passenger comfort by reducing transmitted seat acceleration. The seat is represented by a non-linear two degree of freedom model. The system is linearized for small perturbations around the equilibrium. To control the dynamic of the seat suspension, an original feedback control command with a reversible electromechanical actuator is achieved. The synthesis of the regulator is realized on the linearized model of the seat suspension and the root locus method is employed. Stability and robustness characteristics have been studied. Numerical simulations in time and frequency domain show the interests of the regulator and its capability to isolate seat passenger.     

汽车主动悬架的自校正控制

主动悬系统能使车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性同时得到改善，其中执行机构和控制算法的优劣决定了该系统的性能。     

具有非线性电液作动器的车辆悬架鲁棒PID控制

依据悬架实验装置，建立了电液作动器的非线性动力学方程，随后得到线性对象模型。作动器的非线性效果通过线性化模型的参数不确定性来体现。应用Matlab的非线性控制系统工具箱，设计了对象模型的鲁棒PID控制器。仿真和实验研究表明：该控制器对系统的不确定性具有较强的鲁棒性，提高了车辆悬架系统的性能。