基于准零刚度的坦克装甲车辆半主动惯容悬架控制策略

为了提高坦克装甲车辆悬架系统的减振性能,提出“惯容-弹簧”准零刚度的基本架构,以惯容、弹簧、阻尼三元件并联作为悬架构型,对惯容连续控制和惯容开关控制两种方案进行动力学仿真和参数优化。研究结果表明:采用准零刚度控制策略后,车体振动加速度大幅度减小,乘坐舒适性改善明显,同时降低了对阻尼系数的需求,提升了减振效率。通过分析悬架减振过程中各元件的瞬时功率,发现可变惯容起能量补偿作用,使一部分振动能量在弹簧和惯容之间反复动态地传递和转换,突破了弹簧缓冲储能、阻尼生热耗能的传统减振机理,达到了更好的减振效能。

重型车辆半主动磁流变悬架系统动态逆自抗扰控制器设计

针对现有重型车辆半主动磁流变悬架系统控制方法受模型中存在非仿射问题和控制增益不确定等问题,提出了一种引入动态逆的线性自抗扰控制器的设计方法。设计了线性扩张状态观测器和动态逆控制器,线性扩张状态观测器估计系统的状态和总和扰动,动态逆用以求解非仿射情况下的控制律。通过仿真试验表明,悬架系统所要求的性能指标明显改善,定量分析得到半主动动态逆线性自抗扰磁流变悬架的车体垂直加速度均方根值与被动悬架和半主动线性自抗扰磁流变悬架相比,分别下降了38.9%、17.8%,悬架动行程下降了7.8%、1.8%,车轮动变形下降了26.5%、11.5%,半主动动态逆线性自抗扰磁流变悬架性能明显优于被动悬架和半主动线性自抗扰磁流变悬架。因此,动态逆线性自抗扰控制技术既解决了重型车辆半主动磁流变悬架系统模型中存在的非仿射问题,同时也避免了经典线性自抗扰控制中控制增益标称值选取困难的问题,可以广泛应用于实际工程中。

车辆半主动悬架模糊变权重因子自适应控制研究

针对传统悬架控制策略中权重因子固定不可变的问题,提出了车辆半主动悬架模糊变权重因子自适应控制系统,该控制系统由3个模糊控制回路组成,3个模糊控制器分别控制影响车辆动态性能的3个悬架响应参数。α模糊控制器、β模糊控制器和γ模糊控制器根据路面条件分别控制簧载质量加速度控制函数权重因子、动载荷控制函数权重因子和动挠度控制函数权重因子,分别建立了各模糊控制器的控制规则和输入输出变量的函数关系。车辆半主动悬架模糊变权重因子自适应控制系统的控制原理是在以A级、B级路面为代表的高等级路面上增大簧载质量加速度控制权重,以提高车辆的舒适性;在以C级路面为代表的中等级路面上增大动挠度控制权重,以提高车辆综合性能;在以D级路面为代表的低等级路面上增大动载荷控制权重,以提高车辆安全性。凸块路面激励仿真结果表明,相比于被动控制和定权重因子控制,模糊变权重因子自适应控制的簧载质量加速度峰值分别降低了40.2%和28.6%,动挠度峰值分别降低了41.5%和21.0%,动载荷峰值分别降低了40.1%和31.8%,各响应的衰减速度几乎没有减小,衰减时间基本保持一致,在衰减过程中并没有明显的振荡现象。随机路面激励仿真结果表明,相对于被动控制和定权重因子控制,模糊变权重因子自适应控制的簧载质量加速度均方根值分别降低了48.8%和23.5%,动挠度均方根值分别降低了23.6%和13.4%,动载荷均方根值分别降低了11.9%和9.7%,悬架性能得到了大幅改善。在低等级路面激励输入时,安全性指标改善量较大;在高等级路面激励输入时,舒适性指标改善量较大;在中等级路面激励输入时,综合性指标改善量较大,仿真结果证明了所提控制系统的有效性和正确性。

基于EGA优化的农用UTV半主动悬架最优控制

针对UTV在恶劣路面行驶引起的车辆振动,以某款农用UTV悬架系统为对象,建立包含俯仰的四自由度(4-DOF)半车半主动悬架动力学模型,并提出一种EGA-LQR复合控制策略,设计满足物理约束的悬架系统自适应最优控制器。利用EGA算法的全局寻优与快速收敛特性,对LQR最优控制器的权重矩阵寻优,输出悬架系统最优控制阻尼力。在Matlab/Simulink中搭建UTV的路面与悬架模型进行时域仿真,仿真分析结果表明,EGA-LQR控制显著减小了车体质心垂向振动加速度、车体俯仰角加速度、前后轮动位移以及前后悬架动行程的均方根值,有效保证了UTV在农田路面下行驶的舒适性与安全性。

基于实时力值跟踪及RCP的半主动悬架试验系统

为开展半主动智能车辆悬架控制策略方面的验证研究,提出一种可实现减振器实时力值跟踪监测和快速控制原型(Rapid Control Prototype,RCP)的汽车悬架实验平台。基于建立的1/4悬架动力学控制方程和传递函数,分析了悬架的输出特性;为模拟真实车辆悬架的动态输出特性和实时监测执行器的控制力输出特性,开发了可实现实时力值跟踪监测的麦弗逊式1/4汽车悬架实验平台。该实验平台一方面可以依托快速控制原型技术开展半主动悬架最佳控制算法的研究,另一方面还可以基于平台特有的执行器输出力实时跟踪监测功能,开展执行器不确定性半主动控制策略及执行器状态观测器可靠性检验等方面的研究;通过定电流开环实验检验半主动汽车悬架系统的有效性和可控性,通过闭环控制实验分别对半主动悬架系统在半主动智能控制策略验证和悬架执行器阻尼力跟踪估计方面的有效性。

1/4车辆半主动悬架的模糊控制研究

针对2自由度的1/4车辆半主动悬架模型,以被动悬架系统为参考模型,运用模糊控制方法设计了半主动1/4车悬架的模糊控制器。设计了3个输入和输出变量,在MATLAB/Simulink里建立了以模糊推理规则为基础的控制器,路面输入采用白噪声,仿真结果表明,该控制方法可以很好的降低车辆悬架的簧载质量的垂直加速度,以便提高车辆的平顺性和舒适性。

汽车半主动座椅悬架主要参数优化研究

半主动座椅悬架能有效改善驾驶平顺性,减少人体垂向振动,提升车内驾乘人员的乘坐体验.其中,半主动悬架的初始性能参数对悬架性能起到决定性作用.为此,本文针对半主动座椅悬架的初始性能参数(弹簧刚度和阻尼系数)的优化问题展开研究,在使用了随机路面模型、六自由度半车模型的基础上,以优化前后座椅垂向加速度之比作为适应度函数,利用遗传算法对半主动座椅悬架的刚度及阻尼系数进行优化.最后,利用MATLAB软件对优化结果进行仿真分析.结果表明,经算法优化后,座椅垂向加速度的均方根减少了16.4%,最大值下降了11.3%;座椅相对位移的均方根减少了36%,最大值下降了39.2%.

磁流变半主动悬架变负载MRAC控制

针对车辆负载变化影响车辆综合性能的不确定性问题,建立了包含负载力的1/4车辆半主动悬架数学模型。选用磁流变阻尼器作为半主动部件,采用模型参考自适应控制(MRAC)衰减振动,运用李雅普诺夫定理证明了该系统的稳定性。以车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的均方根值为评价指标,进行了变负载工况下的仿真分析。结果表明,在随机路面激励下,基于MRAC的磁流变半主动悬架在空载、负载1 kN和负载2 kN的情况下,悬架的3个性能指标与被动悬架相比均得到明显优化。

车辆半主动悬架减振支柱的刚度特性分析

为了提高车辆行驶平顺性,对半主动悬架一体化减振支柱的结构进行了优化设计,推导了双气室空气弹簧数据模型,利用MATLAB/Simulink仿真工具,对新型一体式减振支柱刚度特性进行了仿真分析,为搭建半主动悬架一体化减振车辆整车性能分析提供理论。

基于电磁阀减振器的1/4车辆半主动悬架非线性控制

在电磁阀减振器力-速度特性试验基础上,针对电磁阀减振器1/4车辆半主动悬架非线性特性和电磁阀减振器可调阻尼力输出饱和特性,提出一种基于输入饱和的滑模控制策略。建立半主动悬架1/4车辆非线性模型和输入简化的悬架参考模型。设计半主动悬架1/4车辆非线性模型滑模控制器,同时考虑电磁阀减振器阻尼力存在的输出饱和特性,设计辅助分析系统,以控制补偿信号对滑模控制器进行饱和补偿。Matlab/Simulink仿真与台架试验结果表明:设计的输入饱和滑模控制器能有效消除电磁阀减振器输出饱和特性影响,使电磁阀减振器半主动悬架车身垂向加速度、悬架动挠度等性能指标很好地跟踪或接近悬架参考模型理想输出,优化电磁阀减振器半主动悬架非线性控制与设计,有效改善车辆乘坐舒适性。

车辆半主动悬架模型参考滑模控制

提出采用模型参考滑模控制的半主动悬架系统的鲁棒控制策略,使用四分之一汽车动力学模型作为研究对象,设计的控制器易于实现,并且不需要测量路面的输入信号和减振器的阻尼力。该控制器用一个改进的天棚控制系统作为参考模型,并确定了控制律,以使渐近稳定滑模能在实际被控系统和参考模型间的误差动力学系统中产生,用等速趋近率改善滑模运动段的动态品质。将控制器的性能和被动悬架系统、实际天棚系统以及理想天棚系统进行了对比。仿真研究证实了控制器的有效性和鲁棒性。

基于4自由度车辆模型的电液主动悬架H_∞控制

对带有电液主动悬架的车辆进行了力学分析 ,建立了 4自由度车辆状态空间模型。在路面干扰激励下 ,为了改善汽车的行驶平顺性 ,基于二次型干扰抑制指标 ,对此多输入多输出 (MIMO)系统设计出了H∞ 控制器 ,并且用MATLAB6 1进行了数值仿真 ,仿真结果表明带H∞ 控制器的主动悬架有效降低了车身垂直加速度和俯仰角加速度。

基于T-S模型和PID控制的车辆半主动悬架仿真比较研究

路面的不平度是行驶的车辆所受主要激励源之一,因此,把积分白噪声随机路面输入模型的建立作为基础,建立了四分之一车辆2自由度半主动悬架的运动微分方程。在此基础上,设计了车辆半主动悬架系统PID控制器;针对车辆半主动悬架运动存在非线性的特点,运用T-S模糊控制理论,构建了车辆二自由度半主动悬架系统的T-S模型。运用MATLAB/Simulink仿真软件,实现了PID控制和T-S模糊控制仿真模型并输出其仿真比较图形,进行了两种控制算法的车辆平顺性性能评价指标的均方根值的比较分析,结果表明所设计的T-S模糊控制器在提高车辆的平顺性方面,与PID控制相比,控制效果有了明显的改善。

磁流变半主动座椅悬架建模及振动特性分析

磁流变阻尼器力学模型及控制电流逆模型对半主动控制系统的控制精度具有重要影响.采用正弦及余弦型魔术公式,基于骨架曲线与滞回分离的建模方法,建立改进的磁流变阻尼器动态阻尼力模型;采用基于Sobol序列的差分-禁忌混合优化算法对阻尼力模型进行参数识别,构建包含激励特性及控制电流参数的通用数学模型;在试验测试及正向模型基础上,利用自适应神经模糊系统建立阻尼器控制电流逆模型.研究结果表明:本文建立的正逆模型均能够有效表征磁流变阻尼器的非线性行为及滞回特性;改进魔术公式模型在不同激励特性及电流工况下的平均百分比误差在3.4%附近变化;逆向动力学模型计算的控制电流误差均方根值为0.086 9~0.1171 A;经过控制电流逆模型与阻尼器正向模型串联模型计算的预测阻尼力误差均方根值为阻尼器最大阻尼力的5.6%;通过试验测试与仿真结果对比,验证了本文提出的阻尼器数学模型具有较好的精度和适用性,能够改善座椅悬架系统振动传递特性.

基于蛇算法的主动悬架线性二次型调节器优化设计

针对车辆主动悬架系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)在设定权重系数矩阵Q和R时具有主观性、效率低的缺点,提出一种基于蛇算法(snake optimizer,SO)优化LQR控制器权重系数矩阵的策略。通过对1/4车辆主动悬架系统的动力学分析,设计了LQR控制器;将主动悬架与被动悬架各性能指标的积分比值进行加权求和构建了目标函数L;模仿蛇群生活习性的SO算法在搜索空间中求解出了函数L的最小值和LQR控制器的最优权重系数矩阵。为验证该策略的有效性,分别以C级路面、正弦冲击路面为激励,对车身加速度(sprung mass acceleration,SMA)、轮胎动载荷(dynamic tyre load,DTL)、悬架动行程(suspension working space,SWS)3个方面将SO优化LQR控制的主动悬架与被动悬架、传统LQR控制的主动悬架、遗传算法优化LQR控制的主动悬架、粒子群算法优化LQR控制的主动悬架进行了仿真对比。结果表明:SO优化LQR控制的主动悬架可在C级路面上分别对SMA、DTL、SWS的均方根优化达59.47%、37.89%、42.12%;在正弦冲击路面上稳定时间为1.4 s,分别对SMA、DTL、SWS的超调优化达79.21%、59.22%、16.33%,提升了车辆的行驶平顺性、路面附着性和操作安全性。

车辆非线性半主动悬架的模型跟踪变结构控制

以车辆两自由度系统的悬架振动模型为基础,针对该系统的非线性特性,设计了以最优控制系统为参考模型的模型跟踪变结构半主动控制系统。该控制系统用极点配置法确定切换面参数,以保证系统稳定;采用指数趋近率求取变结构控制律,使系统状态能够快速到达切换面,对逼近误差具有较强的鲁棒性,且能较为有效地削弱抖振。最后用Simulink进行仿真实验,结果表明:此控制系统具有良好的减振性能,能较好地提高乘坐舒适性。

一种用于车辆半主动悬架控制的磁流变阻尼器模型

文中对适用于车辆半主动悬架控制器设计的磁流变阻尼器模型进行研究。首先分析阻尼力与位移、速度以及输入电流之间的关系,并结合现有阻尼器模型的优点,提出一种精确的便于控制的双曲正切磁滞模型。接着,将磁流变阻尼器安装在硬件在环仿真平台上进行试验,利用试验得到的阻尼器动态特性数据,进行阻尼器模型的参数辨识和曲线拟合。最后,将基于拟合参数的模型仿真结果与试验数据进行比较,验证了模型的正确性。

基于全尺寸模型的半主动悬架车辆平顺性研究

为改善汽车的平顺性,提出一种半主动悬架的自适应模糊PID算法;选用二自由度1/4车半主动全尺寸悬架为研究对象,用Adams软件建立半主动悬架全尺寸模型,对模型自适应模糊PID控制器进行设计,利用联合仿真分析技术,对建立的机械模型和控制算法进行分析并与被动悬架及模糊控制方式进行了对比。研究表明:采用自适应糊PID控制策略的主动悬架相对采用模糊控制的主动悬架以及被动悬架,车身加速度峰值分别降低了5.0%和2.9%,悬架动行程分别降低了3.2%和1.68%,轮胎动位移分别降低了0.29%和0.25%。采用自适应模糊PID算法的半主动悬架,在改善汽车的行驶平顺性方面有良好的效果,为研究车辆平顺性研究提供一种有效方法。

履带车辆液压悬架抗俯仰互联模式研究

针对独立悬架式履带车辆在俯仰工况下减振性能较差的问题,提出利用油管将车身同侧不同轴的减振器进行互联的方案。首先,提出俯仰工况下的3种互联模式,模式1、模式2、模式3分别为第1及第2轴减振器互联、第1及第6轴减振器互联、第2及第6轴减振器互联;其次,建立1/2履带车辆减振器机-液-热模型;然后,根据谐波叠加法利用MATLAB和RecurDyn编译E级路面模型;最后,利用AMESim和RecurDyn搭建液压互联悬架模型和整车动力学模型的机-液-热联合仿真平台,与装有独立悬架的履带车辆进行E级路面下的抗俯仰性能进行对比分析。仿真结果表明,安装3种模式的液压互联悬架履带车辆降低了车身俯仰角均方根值,降幅分别为3.97%、5.96%、3.53%,模式2的车身俯仰角最大值相较于独立悬架降低了0.010 4 rad,降幅为14.11%,抗俯仰性能最优。

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。