基于路面激励自适应的液电馈能悬架动力学性能协调控制

针对液电式馈能悬架在被动模式下无法实现车辆全局工况最优,该文以路面激励频率作为切换阈值,设计了一种具有舒适、运动和综合3种模式的液电式馈能悬架,在改善车辆乘坐舒适性及操纵稳定性的同时回馈振动能量。提出了将DC-DC变换器引入悬架馈能电路中,通过实时调节DC-DC变换器中MOS管开关信号占空比以改变液电式馈能减振器阻尼力,并制定了天棚-地棚控制结合模糊PID控制的双环半主动控制方案。仿真结果表明,引入路面频率自适应的液电式馈能悬架相比单一天棚-地棚控制悬架在车身共振区的车身加速度幅值减小22.92%,在车轮共振区的轮胎动载荷幅值减小24.27%,并回收66.70 W振动能量,实现了悬架动力学性能和馈能特性的协调控制。台架试验结果表明,各时段内车身加速度试验与仿真结果峰峰值的相对误差分别为1.36%、15.72%、4.86%和13.6%,轮胎动载荷的相对误差分别为9.34%、13.62%、7.82%和15.47%;各频段内车身加速度试验与仿真结果峰值的相对误差分别为7.55%、10.18%、10.56%、和6.35%,轮胎动载荷的相对误差分别为9.64%、11.72%、10.39%和11.27%。时域和频域的相对误差均在16%之内,验证了仿真结果的正确性和系统的可行性。研究结果可为液电式馈能悬架的产品升级提供参考。     

液电式馈能减振器外特性仿真与试验

为了回收由路面不平引起的车辆振动能量,设计了一种车用液电式馈能减振器,并针对其外特性进行了研究。根据液电式馈能减振器组成与原理,建立了相应的数学模型,模拟试验工况计算得到了示功特性及速度特性曲线;搭建了液电式馈能减振器试验台架并进行台架试验以验证理论模型的合理性;最后,基于所建立的液电馈能式减振器数学模型分析了蓄能器充气压力、蓄能器充气体积、液压马达排量、单向阀节流口面积与液压管路内径对外特性的影响。结果表明:提高高压蓄能器充气压力可以增大系统阻尼力;增大高压蓄能器充气体积、单向阀节流口面积、液压管路内径以及液压马达排量会引起系统阻尼力减小,其中液压马达排量只对伸张行程阻尼力有影响,压缩行程阻尼力不受其影响。     

车辆半主动悬架系统的设计与试验研究

设计了可调阻尼减震器,通过台架试验,分析其动态特性,并建立了可调减振器阻尼与步进电机转角之间的关系,为半主动悬架控制系统设计提供了依据。在对半主动悬架系统进行数值仿真的基础上,开发了以C8051F005单片机为主控件的半主动悬架模糊控制系统,并进行了台架和实车道路试验。结果表明,设计的半主动悬架及其控制系统性能稳定,可靠,汽车行驶平顺性明显优于传统被动悬架,为半主动悬架的实际应用奠定了基础。     

基于模糊控制理论的自适应模糊控制半主动悬架研究

介绍了自适应模糊控制方法，可以在线自适应调整模糊控制的有关参数，文中以某车辆半主动悬架为例，对自适应模糊控制半主动悬架控制进行了设计分析，性能仿真表明了该方法的有效性，同时改善了车辆舒适性和安全性，试验与计算结论基本吻合，自适应模糊控制半主动悬架性能明显优于被动悬架。最后，对自适应模糊控制在应用中有待解决的问题提出了展望。     

基于状态变换法的车辆悬架系统时滞反馈控制

为了提高车辆行驶平顺性和稳定性,研究悬架系统中时滞补偿控制效果,本文以赛欧轿车悬架系统为基础,建立2自由度车辆半主动悬架系统模型,设计了时滞反馈控制器,采用理论与试验相结合的方法对系统时滞反馈控制特性进行研究。首先建立含时滞的悬架系统动力学方程,采用常微分理论和多项式判别方法分析系统稳定性,并通过时域与频域仿真对结果进行验证。研究表明:采用传统二次型最优控制律对含时滞的悬架系统进行控制,当系统控制时滞较大时,系统定性特性可能会发生改变,甚至会失稳发散。为保证系统的稳定性,采用状态变换方法设计时滞反馈最优控制律,仿真表明采用该控制律不仅可以保证系统稳定性,系统的减振特性亦有改善。最后搭建了悬架时滞反馈控制平台,基于时域辨识方法测得系统固有时滞为0.065 s,通过对相同工况下仿真结果与试验结果进行对比,发现两者具有较好的一致性,误差在15%以内,满足业内使用要求,表明研究可信,结果可为主动/半主动车辆悬架控制器实际设计应用提供参考。     

磁流变发动机悬置隔振性能与模糊PID控制

为了改善发动机悬置低频隔振特性,结合磁流变液体的流变特性,该文设计了一种磁流变发动机悬置,推导流动工作模式下液体液阻的表达式,运用键合图理论建立其键合图模型,推导磁流变悬置动刚度和阻尼角的表达式,应用Matlab软件编制程序对悬置低频动态特性进行仿真,仿真结果和试验结果基本吻合,证明了建模的准确性;建立了考虑悬架等效刚度和等效阻尼的发动机车架二自由度振动系统的数学模型,通过MATLAB/Simulink仿真模块搭建其仿真模型,并采用模糊PID控制方法对二自由度系统在不同工况下磁流变发动机悬置的隔振特性进行了仿真研究,结果表明磁流变悬置结合模糊PID控制方法能有效地降低车身加速度和传递到车架的力。该文为磁流变悬置的深入研究和发展提供了依据和参考。     

车辆被动天棚阻尼悬架系统台架试验

为进一步改善悬架系统的隔振性能,开发了被动悬架系统,将理想天棚阻尼的被动实现方法应用于车辆悬架系统。基于"惯容.弹簧.阻尼"机械系统,构造被动天棚阻尼悬架系统,研制被动天棚阻尼悬架试验样机,将2级串联型的被动天棚阻尼悬架"对折",安装于试验用裸车的后部,替换原被动悬架,在四通道轮胎耦合道路模拟机上,对整车进行台架试验。试验结果表明:与传统被动悬架车辆相比,在1~3 Hz频率范围内,被动天棚阻尼悬架车辆左后车身加速度增益下降了37.5%,车辆质心垂直加速度均方根值下降12%左右,改善了车辆的低频频响特性,提高了车辆的乘坐舒适性。试验结果同时也验证了理想天棚阻尼被动实现方法的正确性和可行性。该研究为含惯容器的新型被动悬架系统的设计与完善提供参考。     

车辆钢板弹簧悬架系统减振器最佳阻尼匹配

阻尼匹配是制约钢板弹簧悬架系统减振器设计的关键问题。根据1/4车辆二自由度行驶振动模型,利用随机振动理论,建立了悬架系统最优阻尼比及悬架动挠度和振动速度均方根值数学模型。在此基础上,通过分析、处理钢板弹簧加载-卸载试验所测得的载荷及变形数组数据,建立了在实际行驶工况下的钢板弹簧等效阻尼数学模型;根据悬架系统最优阻尼比及钢板弹簧的等效阻尼,得到了所需匹配减振器在悬架系统中应承担的最佳阻尼比;利用平安比及双向比,建立了钢板弹簧悬架系统最佳阻尼匹配减振器的速度特性,并通过仿真分析和实车行驶平顺性试验验证了钢板弹簧悬架系统减振器最佳阻尼匹配设计方法的正确性及有效性,利用该设计方法匹配减振器后的车身垂直振动加速度均方根值与传统经验法相比降低了6.72%,能够有效改善车辆的乘坐舒适性。该研究可为钢板弹簧悬架系统减振器的设计提供参考。     

大型高地隙喷雾机喷杆主动悬架自适应模糊滑模控制

针对喷杆被动悬架在低频下隔离干扰性车身摆动性能不足的问题,该文在双连杆梯形喷杆被动悬架的基础上加装作动液压缸而获得喷杆主动悬架,并提出了基于自适应模糊滑模控制算法的喷杆主动悬架控制方法;在建立了喷杆主动悬架动力学模型和液压系统模型的基础上,应用Matlab/Simulink对主动悬架系统进行整体仿真分析,验证了该文控制方法的有效性;基于课题组开发的大型高地隙喷雾机搭建了实车试验平台,分别进行了实车静态跟随试验和田间试验。试验结果表明：采用基于自适应模糊滑模控制算法的喷杆主动悬架控制方法,喷杆倾角实车静态跟随响应时间和误差分别为2 s和0.002 rad,相较于PID控制的4 s和0.002 rad响应时间减小;同时,喷杆倾角田间试验摆动范围保持在-0.005～0.005 rad内。结论表明,该文提出的喷杆主动悬架控制方法具有良好的响应性、稳定性和准确性,可有效隔离干扰性车身摆动并保持喷杆稳定。该研究有利于提高中国大型高地隙喷雾机喷雾均匀性和喷杆作业稳定性。     

轮胎胎压和车速对无悬架拖拉机横向乘坐振动特性的影响

为研究轮胎胎压和行驶速度对驾驶员横向乘坐振动特性的影响,该文以两轮驱动式无悬架国产拖拉机为研究对象,建立无悬架拖拉机横向-垂向平面三自由度模型,通过仿真和试验相结合,分别获取不同轮胎胎压和行驶速度下拖拉机座椅处横向加速度功率谱密度、横向加速度均方值以及总加权加速度均方根值,并分析各自的影响规律.结果表明:拖拉机座椅处横向固有频率试验值与理论计算值的最大相对误差为4.67%,座椅处横向加速度均方根试验值随后轮胎胎压和速度的变化规律与仿真是一致的,且试验值比仿真值要小,其相对误差最大值为5.26%,误差均在可接受范围内,表明建立的理论和仿真模型是可行的;前轮胎压的变化对两轮驱动式拖拉机乘坐横向振动特性的影响不大;当轮胎胎压不变时,试验获取的拖拉机座椅处总加权加速度均方根值随行驶速度的增大而增大;当行驶速度不变时,总加权加速度均方根值随后轮胎压的增大而波浪式增大.该研究为拖拉机多维减振悬架系统的设计提供参考.     

基于摩擦阻尼的高地隙农机底盘悬架减振特性

根据高地隙自走式农业机械的行驶作业要求,设计了一种包含尼龙摩擦阻尼装置的独立式立轴空气悬架系统。在此基础上,考虑空气弹簧和橡胶轮胎自身阻尼对悬架减振的影响,建立了具有粘性屈服恢复力摩擦阻尼模型的悬架系统垂向动力学模型,并基于该模型进行了仿真分析。最后,将所设计的悬架系统装配到高地隙玉米去雄机上进行实车试验。仿真和试验结果表明,随着摩擦阻尼力的增大,簧载质量和簧下质量加速度均方根值呈现先减小后增大的趋势,且在1 800 N附近时达到最小;悬架动挠度均方根值在摩擦阻尼力增大的整个过程中都持续减小。在1 800 N的摩擦阻尼力下,对仿真和试验数据进行时域和频域分析可得,簧载和簧下质量共振频率分别为1.2、10.7 Hz和1.1、11.4 Hz;加速度均方根值分别为1.874、8.953 m/s2和1.604、9.653 m/s2。结论表明,试验结果和仿真结果具有很好的一致性,所设计的悬架系统可以较好地衰减振动,具有较高的实用性。     

考虑机电耦合的电动轮系统纵向振动特性建模及验证

为了研究机电耦合对电动轮系统的纵向振动特性的影响,该文首先建立了电动轮纵扭耦合动力学模型,基于该模型分析了考虑机电耦合前后电动轮系统模态特征的变化,并通过轮毂电机驱动电动轮系统的振动特性试验,验证了该动力学解析模型的准确性;其次分析了机电耦合对电动轮系统纵向振动的影响,指出转矩波动引起定转子发生相对运动,导致电机发生偏心,从而产生不平衡磁拉力。不平衡磁拉力的作用导致非簧载部分纵向振动出现不同程度的恶化,当轴承刚度为12.5 MN/m时,在定子纵向平移模态频率下电机的定转子、轮胎纵向振动加速度分别恶化113.35%、105.69%、27.15%,影响其使用寿命和结构安全,而对于簧载部分纵向振动的影响较小。     

基于非线性特征的黏弹性悬架系统减振特性分析

为分析履带式工程车辆黏弹性悬架系统的非线性阻尼减振特性,根据其结构特点和非线性特征,建立该系统两自由度分段非线性振动模型,并由平均法推导出系统固有频率共振区附近的幅频特性方程。以装有黏弹性悬架的某300kW履式拖拉机为应用对象进行研究,分析系统在固有频率共振区附近的非线性特性和阻尼减振性能。讨论了激励幅值、地面刚度、悬架分段非线性刚度、分段线性阻尼系数、车体质量和幅频特性之间的关系,并提出改善系统减振性能的建议。该文的理论与分析方法,可为黏弹性悬架参数与系统减振性能的一致性优化设计提供参考。     

考虑药罐液体晃动的高地隙喷雾机底盘悬架优化设计

针对高地隙喷雾机作业工况复杂,罐内药液晃动及质量时变导致的整车行驶平顺性难以保证的问题,基于液体晃动动力学特性和机械模型等效准则,建立了喷雾机液—固耦合下的底盘非线性垂向动力学模型,应用多目标遗传算法对喷雾机底盘悬架系统参数进行了优化,得到了不同路面及充液条件下的悬架刚度、阻尼最优参数矩阵。优化结果表明,最优悬架参数下的整车车身垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度及车轮动载荷较优化前分别降低27.5%、16.4%、25.8%及17.6%。搭建喷雾机整机试验平台,开展两种典型路面工况条件下的喷雾机整车试验。试验结果表明,与初始参数条件下的整车平顺性评价指标相比,悬架最优参数条件下的车身垂向加速度分别降低了15.58%与18.72%,车身侧倾及俯仰角速度均降低10%以上。研究结果可为包括喷雾机在内的罐体类车辆悬架设计、参数优化及控制提供参考。     

考虑驱动电机激振的电动车油气悬架系统振动分析

电传动车辆中轮边驱动电机壳体振动直接作用于悬架下端,为评价电机激振力对悬架系统的输出影响,在考虑电机—路面不平度耦合激励影响下构建系统运动微分方程组进行分析。应用气体状态方程和油液孔口出流方程建立了单气室油气悬架非线性数学模型,采用麦克斯韦应力法对异步电机竖直方向激振力进行求解,采用白噪声滤波法模拟时域内随机路面,将耦合激励信号作用于系统模型,将悬架输出力和电机激振力带入系统运动方程组联立求得数值解,改变参数可进行多工况下平顺性仿真,并通过实车试验与耦合振动模型进行了对比。结果表明在常见正弦路面激励下,在考虑电机激振影响下系统输出振幅约增大10%且达到稳定所需时间更长。高频激振力使系统加速度功率谱幅值变大,在激振力自身频率段影响明显,不可忽略。通过分析实测数据与仿真数据,验证了耦合激励模型在实车中的有效性;耦合激励模型对电动车悬架及整车平顺设计有指导意义。     

穿堤管道主被动混合振动控制与分析

针对泵站机组运行引起的供排水穿堤管道振动问题,该研究提出一种磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)-谐调质量阻尼器(tune mass damper,TMD)有机融合(magnetorheological-tune mass damper,MRTMD)的主被动混合控制体系。利用基于线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制算法,以结构响应加速度取最小为目标函数,优化得到主被动混合振动控制体系相关参数,以提高减振效率和稳定性。通过模拟泵站运行荷载与冲击荷载激励下的结构动力响应控制效果分析,探讨混合控制装置输出阻尼力的鲁棒性和减振效果。将MRTMD应用于穿堤管道工程,从时频域角度分析了所提出的主被动混合控制体系减振效率与有效减振频带范围,结果表明：MRTMD对结构振动耗能能力强,减振频带范围广,效果优于单一的TMD和MRD控制;针对穿堤管道结构振动响应的控制效果良好,加速度响应减振效率达到37.56%～38.07 %,位移响应减振效率达到40.23%～41.38 %;对机组主轴转动引起的转频、倍频等机械振动均可有效减弱,特别是对水流冲击、叶轮内形成的轴向漩涡造成的中低振动频率减振效果显著。该方法可为穿堤管道结构减振控制提供参考,保障穿堤管道结构安全运行。     

不同激励下宽频磁浮俘能器俘能试验

振动能量俘获是获取可再生的清洁能源一种有效途径,具有广阔的应用前景,有利于社会的可持续性发展。目前,随机功率谱激励下的高功率密度和宽频能量回收仍然是研究的难点。该研究设计了一种可有效利用宽频振动能量的高功率密度磁浮式俘能器,采用COMSOL Multiphysics软件计算悬浮磁体非线性回复力与位移的关系式,根据磁浮振动系统的控制方程和基尔霍夫定律建立俘能器的数学模型,详细研究了模型参数变化对俘能器性能的影响。随后进行正弦扫频和驻频试验以验证俘能器的发电能力。同时,从俘能器的效率、效能和体积优质3个指标对俘能性能进行评价;并结合实际应用,设计俘能器稳压电路。根据丘陵山区农业机械工作的随机路谱特性,建立随机激励的数学模型,根据响应幅值的概率密度函数的FPK方程表达式,得到了平稳概率密度函数的解。结果表明：在激励频率从9.77到31.75 Hz变化时,俘能器最大输出电压在5.92和21.52 V之间;最大输出功率在10 Hz时达81.93 mW,从5到50Hz,输出功率范围为5.76到81.93 mW;俘能器的效率、效能和体积优质分别为2.85%,9.85%和39.74%;俘能器电压输出的功率谱密度有5个峰值点,对应频率分别为9.804、29.41、36.76、36.76、51.47和71.08 Hz,进一步验证了该研究提出的磁浮式俘能器具有宽频发电性能,并可满足丘陵山区农机设备监测传感器的供电需求。     

车辆悬挂系统自抗扰控制器改进及其性能分析

针对基于车辆状态的主动控制难以协调改善车辆乘坐舒适性和操纵稳定性等指标的问题,将自抗扰控制引入悬挂系统,设计了一种同时考虑比例、积分、微分的非线性状态误差反馈的自抗扰控制器,以改善车辆的行驶特性。给出了综合考虑悬置质量加速度和车轮动载荷的悬挂系统综合性能评价指标,用以分析算法对悬挂系统改善的有效性。对标准天棚主动控制和改进的自抗扰控制算法进行仿真对比分析,结果表明,标准天棚主动控制仅能够改善乘坐舒适性,而改进的自抗扰控制可同时提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性,并且其综合性能提高了18.89%;通过改变悬置质量、行驶路面和行驶速度,对改进的自抗扰控制器的鲁棒性进行仿真分析,结果表明,采用改进的自抗扰控制的悬挂系统的乘坐舒适性、操纵稳定性和综合性能的波动幅度均小于3%,该算法具有较强的鲁棒性。通过悬挂台架试验系统对改进的自抗扰控制进行试验验证,相比于被动悬挂,其乘坐舒适性、操纵稳定性和综合性能分别提高了13.31%、10.25%和22.19%,说明了改进算法振动控制的有效性;改变悬置质量、行驶路面和行驶速度,悬挂系统综合性能的相对波动幅度同样小于3%,验证了改进的自抗扰控制算法的鲁棒性。