馈能型车辆主动悬架技术的研究

首先介绍馈能型悬架系统的研究现状,回顾其发展历程。然后分析各类型馈能型悬架的优劣,最后提出电磁型馈能悬架未来需要解决的核心问题。随着技术的成熟和研究的深入,电磁式馈能悬架的能量回收效率会越来越高,优良的节能效果使其具有很好的应用前景。     

馈能型多模式主动悬架阻尼力控制策略研究

针对车辆在复杂工况下行驶时单一模式的悬架控制策略难以满足最优控制,且不能对路面振动能量进行回收的问题,基于直线电机—液压系统混合型执行器的馈能型主动悬架系统的基础上,设计一种阻尼力控制策略和悬架工作模式切换策略,使车辆在不同工况下行驶时主动悬架系统以最优模式进行工作,用于提高悬架系统的性能和馈能性,同时尽可能使用馈能回收的能量以提高能量利用率,实现改善悬架系统性能的目的。通过设计悬架控制策略并建立模型仿真,结果表明:该控制策略可以有效改善悬架系统的性能,同时在稳定工况下能量回收效率可达到16.24%左右,复杂工况下兼顾汽车行驶时的动力学性能和馈能性,验证所建模型的准确性,为后续参数和控制策略的优化提供基础。     

液压互联式馈能悬架建模与优化设计

为了实现互联悬架的能量回收及性能优化,提出了一种液压互联式馈能悬架。结合反向互联悬架的结构特性,研究了该悬架的馈能机理。建立四自由度半车辆悬架系统动力学模型,并在AMEsim/Simulink联合仿真环境下,对车辆动力学性能及馈能效果进行了仿真分析,运用Isight的遗传算法对悬架弹簧刚度和液压缸缸径进行了优化求解。在仿真基础上,进行了台架实验,结果表明理论研究与实验结果较为吻合,验证了所提出的液压互联式馈能悬架仿真模型的正确性以及馈能理论的有效性。     

基于能量优化的混合馈能悬架阻尼优化设计

为了回收悬架的振动能量,提出了一种弹簧-减振器-直线电机并联的混合式悬架结构。针对直线电机馈能过程存在的死区现象,设计了DC/DC升压电路,以传统被动悬架耗散的能量为基准,得到了同一行驶工况下馈能效率的显式表达,同时,为兼顾系统动力学性能,研究了减振器阻尼对馈能性能和隔振性能的影响规律,并通过折中设计确定了减振器最优阻尼系数,建立了混合馈能悬架动力学模型,进行了其隔振性能和馈能性能的对比仿真分析。结果表明,混合馈能悬架可有效协调车辆馈能性和隔振性。最后,在仿真的基础上,进行了混合馈能悬架的试验研究,试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真结果的正确性。     

车辆电动静液压半主动悬架设计与馈能研究

为了实现车辆悬架的减振控制及振动能量回收,提出并设计了一种基于电动静液压作动器(EHA)的车辆半主动馈能悬架结构。建立了2自由度半主动悬架力学模型以及EHA作动器的数学模型;设计了EHA作动器,进行了电机特性试验和EHA作动器的馈能试验;设计了EHA半主动悬架最优控制和能量管理控制策略,利用AMESim与Matlab/Simulink软件对EHA半主动悬架动态性能和能量回馈进行了仿真;设计了EHA半主动悬架试验测试系统,开展了EHA半主动悬架控制台架试验。仿真与试验结果表明,提出的EHA作动器馈能效果较好,馈能效率平均为50%左右;与被动悬架相比,在正弦激励和随机路面谱输入下EHA半主动悬架的簧载质量加速度下降20%左右,减振效果明显。     

馈能型悬架综合性能评价体系

根据车辆平顺性的3个评价指标以及悬架节能性能,利用主观评价法和客观评价法各自的优点,建立了馈能型悬架综合性能评价体系。根据各评价指标的重要性,利用层次分析法,确定它们的主观权重;根据各评价指标的性能统计数据,利用熵值法,确定它们的客观权重;综合主观权重与客观权重,确定各评价指标的最终权重;最后根据各评价指标的最终权重与性能统计数据计算馈能型悬架综合性能的评价值。该评价体系以逐次淘汰的方式求优,通过最小的评价值与最优的馈能型悬架综合性能相对应的方式评选出最优的悬架参数方案,该体系条理性强,评选结果准确,便于计算机编程使用。     

馈能型悬架的工作原理与结构方案评价

为了回收汽车车轴与簧载质量间的振动能量,提出一种既可以改善汽车的行驶平顺性又可以回收振动能量的悬架,称之为馈能型悬架。研究了几种馈能装置的工作原理,利用模糊综合评价方法对馈能型悬架的结构方案进行了评价,结果显示静液式馈能型悬架以显著差异的优势成为最可行的馈能型悬架结构方案。     

馈能悬架自适应离线神经网络逆控制

在馈能悬架系统馈能回路中引入Boost/Buck型DC-DC变换器,将DC-DC变换器的非线性数学模型描述为稳态分量和扰动分量之和,设计了自适应离线神经网络逆控制器。控制器由离线神经网络逆控制器和自适应控制器组成,离线神经网络逆控制器产生直流变换器的稳态输入,并利用变换器的稳态分量产生训练离线神经网络逆控制器的样本,自适应控制器产生补偿系统参数变化和不确定性扰动的动态输入。在此基础上,对控制器的性能进行了快速控制原型试验验证。最后,对馈能悬架进行了仿真研究。结果表明,自适应离线神经网络逆控制器能够使电动机电磁阻尼力较好地跟踪理想力,改善车辆的舒适性和平顺性,并有效地回收部分悬架振动能量,实现自供能控制。     

基于SIMULINK的偏心叶片泵式主动悬架系统的设计与仿真分析

在普通齿轮齿条式被动悬架的基础上,采用偏心叶片泵设计制作了主动悬架系统,建立了车辆1/4模型,应用最优控制理论设计了主动控制器,基于MATLAB/Simulink建立系统模型进行仿真分析。结果表明,此偏心叶片泵式主动悬架对车辆行驶平顺性和乘坐舒适性的改善具有良好的效果,同时该悬架具有主动悬架的性能,且能量可以自给自足。     

基于PID-LQR主动悬架控制策略的车辆平顺性研究

为了进一步提高悬架系统的综合平顺性能,建立了主动悬架系统的单轮车辆模型,以路面不平度作为车辆系统的干扰信号。考虑到带有LQR控制器的主动悬架,加权系数的确定受人为影响较大,故在LQR控制器中加入一个PID控制器,形成PID-LQR控制器。通过MATLAB对LQR及PID-LQR控制器分别建立了系统的Simulink模型,运用遗传算法和单纯形法,对LQR中加权系数矩阵L、M以及PID控制器中的相关参数进行了优化,使悬架系统控制性能得到一定的提高。在同等情况下,与进行相同优化步骤的LQR控制器进行对比分析,得到两种悬架的平顺性性能差异。结果表明,相比传统的LQR主动悬架控制,所提出的PID-LQR悬架控制策略能在一定程度综合改善模型的平顺性能。     

混合悬架半主动控制器设计与试验

为改善传统被动悬架的动力学性能,回收悬架振动能量,设计了一种半主动混合悬架系统。建立1/4车动力学方程,分别研究馈能回路处于Boost模式和Buck模式时馈能回路内电流的变化情况,并分析MOS管占空比对直线电动机电磁阻尼力的影响。在此基础上,引入基于天棚和地棚混合控制的半主动控制策略。提出半主动控制参考力的概念,并运用粒子群算法确定其最优控制参数。通过对不同工作模式下电路电流的追踪,达到对电动机电磁阻尼力实时控制的目的。接着运用Simulink仿真搭建混合悬架系统模型,分别进行动力学性能、馈能性能以及电流跟踪控制效果对比。仿真结果表明,半主动混合悬架能够在改善车辆动力学性能的同时回收部分振动能量,所设计的半主动控制器对电流有较好的控制效果。最后,进行台架试验,通过对比试验结果验证了仿真结果的正确性。     

车辆半主动悬架系统的分析设计及试验研究

分析了车辆半主动悬架系统及可调阻尼减振器的性能,建立起数学模型,设计了可调阻尼减振器,并进行了不同道路条件下的实车行驶试验,通过结果结果的分析比较,表明半主动悬架在提高车辆乘座舒适性方面要优珩被动悬架。     

汽车转向与主动悬架集成系统的D-LMS控制

以提高汽车行驶平顺性、操纵稳定性和安全性为目点,建立了半车三自由度汽车转向与主动悬架的综合模型,采用基于小波理论的最小均方(LMS)算法对转向与主动悬架集成系统进行控制。计算结果表明,采用LMS控制的转向与主动悬架集成系统使汽车行驶平顺性和操纵稳定性比被动系统明显改善,有效地提高了汽车综合性能;同时LMS能自动调整权系数,且控制算法简单,便于工程应用。     

EHA汽车主动悬架控制技术研究

将目前航空航天领域先进的EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)作动技术引入汽车主动悬架控制结构中。设计了模糊控制以及参数自调整模糊控制算法,并进行了基于EHA主动悬架的参数自调整模糊控制仿真分析,证明了该算法对悬架系统的振动控制具有较好的效果。在所研制开发的两自由度悬架系统试验台架上进行了试验研究,结果表明,与被动悬架系统相比,自调整模糊控制EHA主动悬架系统控制效果显著。     

农用运输车悬架系统的试验研究

根据对装有被动悬架和半主动悬架农用运输车驶过凸块时的脉冲输入平顺性试验结果,验证了具有快速控制算法的半主动悬架的减振性能,为进一步应用研究提供了依据。     

汽车主动悬架与转向系统的集成控制

在建立了汽车主动悬架与转向系统集成控制模型的基础上,应用LQG控制理论,设计了汽车主动悬架与转向系统LQG集成控制器,并进行了试验仿真,实现了对质心侧偏角、车身横摆角速度、车身垂直加速度、车身俯仰角的集成控制。与被动悬架和转向系统、主动悬架与转向系统单独控制相比,汽车的平顺性、操纵稳定性和安全性都有了显著改善,为汽车底盘集成控制研究提供了依据。     

基于联合仿真的主动悬架自适应模糊PID控制研究

利用ADAMS建立了1/4车辆主动悬架的机械模型,运用MATLAB设计了基于自适应模糊PID控制算法的主动悬架控制系统,通过ADAMS/Control模块与MATLAB的接口实现了基于车辆悬架多体模型的主动控制联合仿真.仿真结果表明,采用自适应模糊PID控制能取得很好的控制效果,与被动悬架相比显著地降低了车身加速度和轮胎动位移,大大提高了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性.     

车辆防抱制动系统与主动悬架联合控制

提出了车辆防抱制动系统与主动悬架联合控制的策略：法车辆制动时，主动悬架控制系统不再以乘坐舒适性为主要控制目标，而是作为调节轮胎法向反力变化的工具，使得轮胎法向反力在车轮滑移率达到最优时也达到最大值，从而获得最大地面制动力。结合7自由度非线性车辆模型，考虑轮胎动态特性的影响，利用基于滑模变结构控制理论联合控制策略进行了车辆制动模拟试验。试验结果表明，车辆采用防抱制动系统与主动悬架联合控制，在保证车辆制动稳定性的同时充分利用路面提供的最大附着系数，获取最大地面制动力，从而显著提高了车辆制动性能。     

车辆半主动悬架控制技术的研究

采用自适应模糊控制策略，在对1／4车辆模型性能仿真基础上，设计开发了以8031单片机为主控制器件的半主动悬架自适应模糊控制系统。经测试，在输入一定信号情况下，系统按设计规律工作。测试结果表明，控制器能较好实现系统控制，控制方法有效，且具有良好的鲁棒性，可以显著减小车辆振动及干扰，提高车辆的行驶平顺性。