基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明:基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6 s,25°纵向调平时间减小1.8 s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10^(-4) m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。

主动悬架直线电机温升-电磁特性分析与优化设计

为了提高主动悬架系统中直线电机的工作性能,以一种圆筒型永磁同步直线电机为研究对象,对其进行特性分析与结构优化。以某SUV为例,构建了其主动悬架系统的多体动力学模型,仿真确定了电机的总体设计指标与初始结构。采用有限元方法建立了考虑材料热属性变化的直线电机温升模型,分析了不同行驶车速下的温升分布及其对直线电机电磁特性的影响。结果发现:电机温升直接影响输出推力与绕组损耗,抑制温升有助于减小绕组损耗,但推力波动会随之上升。根据磁-热耦合特性分析结果,以空载定位力和绕组温升为优化目标,进行了参数敏感度分析,并采用响应面法对直线电机结构参数进行多目标优化。结果表明:优化后直线电机的空载定位力减小了7.5%,绕组损耗降低了17.5%,绕组温升降低了11.02%,电机工作性能显著提升。试制了永磁同步直线电机样机,并进行了台架测试,实验与仿真误差均在5%以内,验证了结构和优化方案的有效性。

汽车尾气温差发电系统瞬态回收性能分析

为了预测温差发电(thermoelectric generator, TEG)系统的动态特性,基于COMSOL Multiphy-sics建立了用于求解温差发电系统温度场分布的瞬态计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模型和用于研究温差发电模块瞬态响应特性的分析模型,提出了混合瞬态CFD-分析模型,并经过瞬态试验验证.结果表明:由于热惯性的影响,TEG系统的转化效率会出现一个瞬时的较高值;相较于尾气温度和质量流量的瞬态波动,热电半导体的热端温度和冷端温度会存在时滞;在美国环保局的高速公路燃油经济性测试(highway fuel economy test, HWFET)模式循环工况下,瞬态模型求解得到整个温差发电系统的平均输出功率、平均转化效率分别为35.63 W和3.40%,瞬态模型的输出电压平均误差为6.41%;该模型能够以较高的精度及较短的计算时间预测温差发电系统在瞬态热源激励下的瞬态响应特性.

汽车温差发电系统的多物理场建模与对比

为了获取实际行驶工况下汽车温差发电系统的瞬态响应特性,提出瞬态流-热-电多物理场耦合模型、混合瞬态CFD-TE数值模型和混合瞬态CFD-分析模型3种瞬态理论模型;以瞬态工况下的尾气温度和质量流量作为边界条件,使用COMSOL软件完成模型的瞬态仿真求解,并对比分析不同模型预测的输出响应特性;搭建系统瞬态试验台架,验证模型的准确性。结果表明:输出功率的响应特性与尾气温度的变化有关,且显示出较大的热惯性,而转换效率的响应特性主要与尾气质量流量的变化有关;瞬态流-热-电多物理场耦合模型、混合瞬态CFD-TE和CFD-分析模型与试验结果之间的输出电压平均误差分别为7.99%、25.96%和21.05%。

车辆半主动空气悬架系统设计与试验

建立了半主动空气悬架系统数学模型,设计了可调阻尼减振器、半主动悬架控制器以及台架试验系统。在仿真的基础上,进行了可调阻尼减振器试验与半主动空气悬架系统1/4模型台架试验,分析了半主动空气悬架及其控制系统对车辆动态性能的影响,计算和试验结果基本吻合,提高了车辆的乘坐舒适性。

车辆惯容器-弹簧-阻尼器半主动悬架模糊控制

为了研究惯容器-弹簧-阻尼器(ISD)半主动悬架系统对汽车平顺性和安全性的影响,建立了2自由度车辆ISD半主动悬架模型,采用模糊控制策略,以车身垂直加速度及车身垂直加速度变化率作为模糊控制器的输入信号对ISD半主动悬架系统进行了仿真分析。在此基础上,设计开发了基于dSPACE的半主动悬架模糊控制系统,并进行了台架试验研究,分析了ISD半主动悬架系统在不同车速下对随机输入路面的相应。仿真结果和台架试验结果基本吻合,结果表明:所建立的ISD半主动悬架数学模型正确,采用模糊控制的ISD半主动悬架系统在减少振动,提高汽车行驶平顺性方面要优于ISD悬架。

直线电机式主动悬架建模与试验研究

为实现悬架的主动减振,将直线电机作为汽车主动悬架的作动器。首先建立了1/4车辆主动悬架和直线电机的数学模型,并通过台架试验测试直线电机的输出电磁力,仿真结果与测试吻合较好,验证了直线电机数学模型的正确性;接着采用电流滞环控制和最优控制相结合的方法,根据路面激励状况,控制直线电机作动器输出相应主动力。最后采用d SPACE开发最优控制系统对主动悬架进行了试验。结果表明,所设计的控制系统能有效改善车辆舒适性和行驶安全性。

车辆蓄能悬架系统仿真与试验

设计了2种结构形式的车用蓄能悬架,建立了车辆蓄能悬架系统的数学模型,构建了Ⅰ、Ⅱ型蓄能悬架结构,采取多目标优化方法,得到了2种蓄能悬架的性能参数,在仿真基础上,进行了台架试验,仿真与试验结果较为一致,表明蓄能悬架系统充分发挥了弹簧相位滞后、阻尼器呈中性及蓄能器相位超前的特性,提高了车辆隔振能力,协调了整车综合性能。

车身高度与可调阻尼集成控制系统

为改善车辆的整车减振性能,建立了车辆8自由度整车数学模型,提出了车辆车身高度与阻尼集成控制的理论分析及计算方法,并设计了可调阻尼减振器及车辆空气悬架集成控制系统。在仿真计算基础上,进行了实车道路试验,分析了车辆集成控制的电控空气悬架及其控制系统对整车动态特性的影响,计算和试验结果基本吻合,实现了车身高度与可调阻尼减振器集成控制的空气悬架与整车的良好匹配,提升了车辆的综合性能。该研究验证了集成控制策略的有效性,同时为电控空气悬架系统研究奠定了基础。

基于虚拟样机模型的液压ISD悬架动态性能分析

悬架是汽车的重要总成,惯容器的出现为汽车悬架技术的发展开辟了一个新的方向和领域。为了研究液压'惯容器-弹簧-阻尼器'(Inerter-spring-damper,ISD)悬架性能,以试验样车为基础,分别建立整车ISD悬架虚拟样机模型和液压惯容器模型,进行系统的联合仿真,分析随机路面谱输入和脉冲路面谱输入作用下液压ISD悬架的动态特性,研制液压惯容器和ISD悬架原理样机,并进行四通道轮胎耦合道路模拟台架试验。结果表明,与传统被动悬架相比,液压ISD悬架具有更好的整车动态性能,车身的质心垂直加速度、俯仰角加速度、侧倾角加速度、左前悬架动行程和左前轮胎动载荷方均根值下降明显,有效地抑制了车身振动,控制了车身姿态,协调了整车乘坐舒适性和行驶安全性之间的矛盾。

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。

视觉预瞄式智能车辆纵横向协同控制研究

针对智能车辆路径跟踪控制的高度非线性及纵横向运动控制的耦合性问题,结合视觉预瞄模型及模型预测控制理论提出了一种预瞄式MPC路径跟踪控制新方法。该方法首先对非线性预测模型进行局部线性化,将MPC最优化求解问题转化为二次规划问题。在每个控制时域内将纵向车速及预瞄距离视为已知,运用指数模型对纵向车速进行描述,并结合道路曲率及实际车速设计了预瞄距离发生器。仿真和试验结果表明:相较于传统MPC跟踪控制方法,本文中提出的预瞄式MPC控制方法在不同车速下均能减小跟踪过程中的横向偏差和方向偏差,提高了跟踪精度,且此提升效果在高速状态下更为明显。

液压互联消扭悬架系统研究

根据悬架约束最小化原理,提出一种液压互联消扭悬架系统,阐述了该系统的结构与原理,构建了液压互联消扭悬架系统模型及整车动力学模型,分析了各种工况下液压互联消扭悬架动态性能,设计液压互联消扭悬架原理样机,进行台架试验,仿真与试验结果基本一致。结果表明:与传统被动悬架相比,液压互联消扭悬架能有效抑制车身振动,控制了车身姿态,协调了车辆的行驶平顺性与安全性,提高了车辆极端路况的路面通过性能,消除了部分车身扭转载荷,并能实时控制车辆的转向特性。

基于模型参考的混合悬架多模式切换控制研究

混合悬架在单一控制模式下的舒适性、安全性和馈能性存在相互制约问题,本文基于模型参考的方式设计了一种混合悬架多模式切换控制方法,确定了各模式之间切换规则来控制直线电机和可调阻尼进行切换。然后基于Simulink/Stateflow进行了1/4混合悬架的切换控制系统的设计和仿真,并进行了快速原型试验论证。仿真试验结果表明:混合悬架多模式切换控制模型可以有效地进行切换并达到切换目标,提高混合悬架的综合性能。

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。

集成电磁悬架的轮毂驱动电动车垂向振动抑制方法研究

针对轮毂电机驱动电动车非簧载质量增大,引起的轮胎接地性和汽车平顺性恶化的问题,提出一种抑制轮毂驱动电动汽车垂向振动负效应的新结构,将电磁悬架集成于此系统,其中轮毂电机通过橡胶衬套与车轮支承轴弹性连接,将轮毂电机用作动力吸振器,抑制车轮垂向振动,提高轮胎接地性。同时,电磁悬架采用直线电机作为作动器,以改善轮毂驱动电动车平顺性。建立了轮毂电机悬置的电磁悬架动力学模型,通过仿真分析了各质量系之间的传递特性和各性能指标(车身加速度、轮胎动载荷)。研究结果表明,采用轮毂电机悬置的悬架系统在频域内能够有效抑制车轮型共振峰,并使车轮型共振频率避免落在人体最敏感区段4~12.5 Hz;在此基础上比较了电磁悬架系统与传统悬架,电磁悬架系统车身加速度降低23.1%,轮胎动载荷下降16.6%,改善了轮毂电机驱动电动车的平顺性和轮胎接地性。最后,在单通道台架上进行了试验,验证了悬置式结构和天棚控制策略的可行性。

基于LQG的混合电磁悬架阻尼-刚度设计及试验研究

提出了一种具有三种模式的混合电磁悬架,三种模式分别侧重于悬架的平顺性、轮胎接地性和综合性能,协调了悬架平顺性与轮胎接地性之间的矛盾。建立了混合电磁悬架的动力学模型,确定了各个模式下LQG控制策略的加权系数。在不同的模式下分析了刚度、阻尼对于悬架动力学性能以及悬架能耗特性的影响,确定了不同模式下刚度和阻尼的取值,并进行了仿真分析。结果表明:混合电磁悬架相比于传统被动悬架能够有效改善悬架动力学性能,且相比于主动悬架能明显减少能量消耗。最后进行了试验研究,试验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真结果的正确性,表明混合电磁悬架能够减少悬架主动控制时的能量消耗。

液压互联馈能悬架特性分析与试验

针对互联悬架能耗过大却不能回收悬架振动能量的问题,提出了一种液压互联馈能悬架系统。阐述了液压互联馈能悬架的结构及工作原理,建立了AMESim动力学模型,并设计了恒流馈能电路,研究了在正弦路面与随机路面输入激励下的动态性能,并在此基础上进行了台架试验,试验与仿真结果基本吻合。结果表明:与未加入恒流电路控制的液压互联悬架相比,采用恒流电路控制的液压互联馈能悬架具有更佳的整体动态性能,其侧倾角加速度、车身垂直加速度均有所下降,并在此基础上实现了对车身振动能量的回收,为液压互联馈能悬架的模式切换控制提供了理论基础。

基于液压惯容器的ISD悬架性能分析与试验

针对机械式悬架存在的惯容器"背隙"的问题,提出一种基于液压惯容器的ISD(inerter-spring-damper,简称ISD)悬架。介绍了液压惯容器的结构及工作原理;建立了液压惯容器ISD悬架的整车模型,在matlab/simulink环境下,进行了压惯容器ISD悬架平顺性仿真;研究了液压惯容器ISD悬架在脉冲输入、随机路面输入作用下的动态性能。在此基础上,进行了液压惯容器ISD悬架台架试验,试验与仿真结果基本吻合。结果表明,与传统被动悬架相比,液压式惯容器ISD悬架可以有效降低车身垂直振动加速度。

半主动悬架模糊动态建模与神经网络控制

进行可调减振器外特性试验,拟合其阻尼系数与步进电动机转角之间的非线性关系,基于模糊动态模型理论,建立车辆半主动悬架模糊动态模型.设计半主动悬架模糊神经网络控制策略,研制半主动悬架模糊神经网络控制器.在仿真的基础上,进行实车道路试验.结果表明,模糊动态半主动悬架模糊神经网络控制有效地衰减车身垂直振动,改善车辆行驶姿态,提高乘坐舒适性及行驶安全性,协调整车综合性能.