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%。     

无外界动力源主动悬架蓄能器参数匹配

为了合理匹配LQG控制无外界动力源主动悬架的蓄能器充气压力、最高工作压力与容积等参数, 以满足95.4%工作需求, 选取理想控制力标准差的2倍为主动悬架的最大输出力, 结合馈能/主动油缸参数确定蓄能器的理想工作压力; 以压力波动小于5%为目标, 确定蓄能器的充气压力和最高工作压力; 推导了悬架与蓄能器间的能量流动方程, 并在增加2kW负载条件下进行变容积参数的动态仿真, 确定蓄能器的容积。计算结果表明: 蓄能器理想工作压力为23.008MPa时, 悬架二次型性能指标仅较理想状态增大5.21%;蓄能器的充气压力、最高工作压力与容积分别为11.108、23.583MPa与2.5L, 此时LQG控制无外界动力源主动悬架稳定工作时蓄能器的最大压力波动为1.03%。可见蓄能器参数匹配结果同时满足无外界动力源主动悬架的低成本、高性能及高能量回收率的要求。     

车速变化对车辆操纵稳定性的影响(英文)

为了降低车速变化对车辆操纵稳定性的影响, 建立了考虑车速变化的动态车辆转向运动模型, 分析了描述模型的微分方程组所有系数都是随车速变化而时变的特性, 通过变参数动态仿真, 定量研究了车速变化对车辆操纵稳定性的影响。研究结果表明: 减速时正的纵向车辆惯性力使后轴负荷向前轴转移, 导致前轴侧偏刚度变大, 后轴侧偏刚度变小, 进而使车辆的横摆角速度增益增大, 即车辆操纵稳定性变差; 初始车速越高, 减速度越大, 车辆横摆角速度增益增大越快; 加速时负的纵向车辆惯性力使前轴负荷向后轴转移, 导致前轴侧偏刚度变小, 后轴侧偏刚度变大, 进而使车辆的横摆角速度增益减小。可见, 减小车辆减速度、降低车身质心高度及增大轴距是弱化减速导致车辆操纵稳定性急剧变差的有效方法。     

基于变压充电方法的直线电机式馈能型半主动悬架控制

针对以直线电机作为执行器的馈能型半主动悬架控制方法复杂与效果差等问题, 结合变压充电控制原理与方法, 提出一种利用单相等效模型求解充电电压的方法, 设计了馈能型半主动悬架控制系统, 用于控制直线电机式馈能执行器; 建立了1/2车4自由度动力学模型和变压充电控制直线电机模型, 采用LQG控制策略求解理想馈能阻尼力; 将联接有整流桥的直线电机理论模型等效为单相电机模型, 计算了电机单相等效模型反电动势、电磁推力系数、电阻与电感参数; 采用充电电压求解控制器, 以悬架相对速度和理想馈能阻尼力作为输入求解实际充电电压, 进而实现执行器馈能控制; 以被动悬架和理想半主动悬架作为比较对象, 分析了馈能型半主动悬架性能与馈能效果。分析结果表明: 与被动悬架相比, 馈能型半主动悬架与理想半主动悬架的综合性能指标分别减小38.97%和45.42%, 前后悬架实际馈能阻尼力与理想馈能阻尼力的相关系数分别为0.967 4和0.976 8, 并且前后悬架振动能量的56.7%和62.1%被回收进蓄电池中, 因此, 采用基于单相等效模型与变压充电方法控制的馈能型半主动悬架能够回收大部分悬架振动能量和改善汽车的行驶平顺性。     

预喷式数控气动发动机的工作特性（英文）

为了解决传统气动发动机配气机构的密封问题,开发一种新型预喷式数控气动发动机,建立了它的热-动力学模型,模型由预喷气缸与工作气缸的热-流量方程和发动机的动力学方程组成,通过变参数动态仿真定量研究了预喷式数控气动发动机的工作过程与效率影响因素。研究结果表明：进气结束时预喷气缸的温度约为383.5 K,即预喷气缸期望控制压力...     

基于主动学习AdaBoost算法与颜色特征的车牌定位

人工选取少量的车牌区域和非车牌区域,采用积分图法快速提取Haar-like扩展特征,构成初始训练样本.使用AdaBoost算法训练样本产生一个初始分类器,经过主动学习过程,产生一个用于车牌检测的强分类器.利用Cascade结构检测法进行车牌的粗定位,通过提取边缘颜色对,对候选区域进行验证,实现车牌区域的精确定位.对不同光照条件及车牌污损等复杂情况下的车牌图像进行了定位测试.测试结果表明:车牌的粗定位率和精确定位率分别为98.3％、97.1％,平均定位时间小于0.1s,因此,该方法有较好的车牌定位效果和定位准确率.     

基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法

针对实测道路功率谱密度频率结构不同与汽车行驶速度变化引起的非平稳问题, 分析了现有路面不平度模型的准确性, 提出了一种基于调制白噪声与查表法的非平稳路面不平度建模方法; 结合白噪声生成方法和离散功率谱密度的计算公式, 推导出了能够确保路面不平度计算功率谱与设计功率谱完全吻合的Band-Limited White Noise模块参数设定方法; 通过不同设定值组合的白噪声功率谱密度与路面不平度功率谱密度计算结果对比, 验证了所提出的Band-Limited White Noise模块参数设定值的准确性; 为解决频率指数不等于2的空间域内非平稳路面不平度建模问题, 提出了由1个基准项和若干个精度校正项组成, 且调制传递函数模的平方逼近具有任意频率指数的道路功率谱表达式; 为获取考虑车速变化影响的频率时变的时域内非平稳路面不平度输入模型, 基于空间路面不平度固定不变的原理, 提出了利用查表法, 获得变车速工况下时域内非平稳路面不平度; 通过空间域内非平稳路面不平度建模及考虑车速变化的非平稳路面不平度建模应用, 验证了所提建模方法的优越性。研究结果表明: 使用基于调制白噪声的非平稳路面不平度建模方法构建的空间域路面不平度功率谱曲线, 与应用实例中的设计目标曲线吻合良好, 且结合查表法可以有效地解决时变车速带来的时域内非平稳路面不平度建模问题。     

馈能型悬架的仿真与性能评价研究

为了回收悬架间被减振器消耗掉的振动能量,提出了一种集馈能与减振功能于一体的馈能型悬架。还研究了馈能型悬架的工作原理及其动力学模型,并对它进行了数值仿真。同时,利用熵值法建立一个悬架综合性能评价体系,对馈能型悬架和被动悬架的综合性能进行了对比评价,评价结果显示馈能型悬架的综合性能明显优于被动悬架的综合性能,说明使用馈能型悬架来提高汽车的行驶平顺性和燃油经济性在理论上是可行的。     

车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法

为使半主动悬架在名义工况下获得尽可能优的使用性能, 保证在变参数/行驶工况下具有良好的鲁棒性, 提出一种车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法。基于车辆模型分析了现有最优滑模控制器不能使半主动悬架在名义工况下获得较优性能与在变参数/行驶工况下鲁棒性较差的原因。通过对半主动悬架控制系统状态方程进行扩展, 构建了不丢失任何系统结构与期望性能信息的滑模流形函数, 据此设计了半主动悬架全息最优滑模控制器。通过变参数多工况数值仿真对比了采用现有最优滑模控制器的半主动悬架、采用全息滑模控制器的半主动悬架与被动悬架的性能。分析结果表明: 在名义工况下, 采用全息最优滑模控制器的半主动悬架的综合性能较采用现有最优滑模控制器的半主动悬架与被动悬架的综合性能分别提高了88.30%、38.33%;在变参数工况下, 采用全息最优滑模控制器的半主动悬架、采用现有最优滑模控制器的半主动悬架和被动悬架的综合性能指标的最大波动分别是26.22%、74.42%、46.39%;在变行驶工况下, 采用全息最优滑模控制器的半主动悬架、采用现有最优滑模控制器的半主动悬架和被动悬架的综合性能指标的最大波动分别是78.55%、106.22%、115.06%。可见, 相比于被动悬架与采用现有最优滑模控制器的半主动悬架, 采用全息最优滑模控制器的半主动悬架可获得更好的名义工况使用性能与变工况鲁棒性。     

紧急制动工况下电磁式磁轨制动器极靴磨损计算方法

为了预测极靴服务寿命, 确保制动可靠, 通过磨损过程、制动过程、制动器/钢轨温度场的建模与仿真, 计算了高速列车紧急制动过程中电磁式磁轨制动器极靴磨损量; 建立了考虑速度与温度的Archard磨损模型和CRH2列车紧急制动过程的动力学模型, 计算了电磁式磁轨制动器样机全程参与制动时的空气制动力、电磁制动力、制动减速度、紧急制动能量分配系数、瞬时速度和制动距离等时变参数; 分析了紧急制动时电磁式磁轨制动器-钢轨-大气间的热量传递, 基于Fluent软件建立了制动器/钢轨的三维温度场模型, 根据制动过程时变参数获取温度场热流密度和散热加载条件; 针对CRH2列车行驶速度为250km·h^-1的紧急制动工况, 计算了制动器极靴的磨损量。计算结果表明: 在制动过程中, 钢轨顶部温度随着与制动器的接触状态变化呈波动变化, 在距离有效制动起点1 620m处, 钢轨与8号电磁式磁轨制动器接触结束时, 温度达到最大值570.76℃; CRH2列车同侧8个制动器极靴底部在制动时间为24.5s时温度达到最大值, 从前到后依次为1 022.6℃、1 037.7℃、1 045.3℃、1 052.8℃、1 085.7℃、1 100.9℃、1 109.2℃、1 124.4℃, 极靴磨损量从前到后依次为207.4、208.7、210.0、210.7、212.1、213.4、214.4、215.5g。可见, 制动器工作会使钢轨产生热量积累, 导致列车运行方向后面的电磁式磁轨制动器极靴温度较高, 磨损量较大。