基于混沌粒子群的主动悬架LQG控制研究

针对主动悬架线性二次型调节器(LQG)控制算法存在权重系数依靠经验来确定的不足,采用了粒子群优化算法对LQG算法参数进行离线优化,但传统粒子群算法存在易早熟收敛陷入局部最优的缺点,鲁棒性较差,因此提出了混沌粒子群优化算法。该算法首先利用混沌映射遍历性、随机性的特点,对粒子进行初始化,随后引入动态惯性权重系数及学习因子,可以权衡全局搜索能力和局部搜索能力。通过MATLAB对所设计的优化算法及悬架特性进行仿真,并与传统粒子群算法进行对比分析,结果表明,改进后的混沌粒子群优化收敛速度更快、收敛精度更好,且悬架车身加速度、悬架动挠度与轮胎动载荷均方根值分别降低了5.8%、0.8%、6.0%,验证了所提方法的可行性与有效性。

电控空气半主动悬架控制策略分析

为了提高商用车行驶稳定性和运载货物完整度,应用流体力学和牛顿力学建立MATLAB/Simulink空气弹簧可变刚度悬架模型。根据汽车实际工况需求,设计一种具有车身高度调节死区的分层架构控制策略,并采用比例-积分-微分(PID)算法控制脉冲宽度调制(PWM)信号占空比,进而改变电磁阀开闭状态,最后对比分析控制前后悬架动态特性。仿真结果表明,在车速分别为50 km/h和90km/h的B级随机路面条件下,PID控制策略悬架动挠度和簧载质量加速度均方根值有不同程度改进,有效提高了电控空气悬架动态性能。

牵引座支腿优化设计

近年来半挂牵引车的需求量在不断增加,特别是在2021年上半年,半挂牵引车已经占据我国公路运输量的半壁江山,正逐渐引起各大主机厂的关注和重视。牵引座作为半挂车和挂车之间的重要连接装置,其可靠性将直接影响半挂车的行驶安全性。论文以牵引座支腿为例,利用CATIA软件对牵引座支腿进行材料替换和结构优化,运用HyperMesh有限元软件建立牵引座支腿和波纹安装板的有限元模型,通过添加对应的边界条件,将两种牵引座支腿方案的静力学分析结果进行对比,结果表明,安全系数提升,符合设计要求。此设计不仅保证了运输效率和可靠性要求,也起到了轻量化的效果。

电磁复合式馈能悬架半主动控制研究

针对以直线电机为作动器的馈能型半主动悬架现有控制方法存在缺陷且电磁阻尼力小等问题,设计了电磁复合式馈能悬架结构,建立了包括电磁复合式作动器(electro-magnetic linear hybrid actuator,EMLHA)的车辆二自由度悬架模型。提出一种由主环与内环构成的半主动控制策略,其中主环通过线性二次高斯(linear quadratic Gaussian,LQG)控制策略得出理想半主动力,并利用蚁群优化算法确定其控制参数。在此基础上,为减小过大电磁阻尼力对半主动控制的扰动,通过分析悬架馈能电路提出电机绕组限流策略,结合减振器阻尼力补偿控制方法共同实现内环控制。最后对所设计的复合悬架及其控制方法进行动力学性能与馈能性能仿真,并与传统直线电机悬架与被动悬架进行对比分析。结果表明:复合悬架能够有效改善悬架动态性能,并且直线电机回馈能量的72.5%被储存至超级电容,说明复合悬架及其半主动控制策略能够在提升悬架舒适性与安全性的基础上回收部分振动能量。

车辆电磁复合馈能悬架控制与馈能研究

为了协调馈能悬架减振性能和馈能性能,提高馈能效率,提出了一种电磁复合式馈能悬架结构形式,建立了电磁复合式馈能悬架数学模型,并加以试验验证。设计了功率模块电路和新型模式切换控制策略,并进行了对比仿真分析。研究结果表明,该悬架系统的动态特性下降了4%左右,但是馈能效率提高了13.65%,说明该电磁复合式馈能悬架在保证悬架性能的条件下,有效提高了馈能效率。

电磁直线式主动悬架作动器参数的多目标粒子群优化

该研究针对电磁直线式主动悬架作动器电磁波动力大、有效输出力低的问题,设计了一种多目标粒子群参数优化算法。建立了作动器有限元模型,通过径向磁通密度的理论计算和有限元仿真值作对比,验证了有限元模型的正确性。对作动器的槽口宽度、初级边端长度和极距长度进行参数敏感度分析和多目标粒子群优化,并对比分析了优化前后作动器的输出力、反电动势和波动力。最后试制了物理样机并开展了阻尼力特性试验和电磁力特性试验。仿真结果表明:当电磁作动器的结构参数通过优化后,有效电磁力、总谐波畸变量和电磁波动力均得到了改善。试验结果表明:阻尼力波动试验值与仿真值基本一致,平均电磁力试验值和仿真值随电压变化呈线性分布且误差较小。

电磁主动悬架作动器稳定性分析及特性试验

针对电磁主动悬架作动器波动比大和输出精度低的缺点,设计了一种12槽10极分数槽结构电磁直线作动器。建立有限元模型,通过反电动势对比和力特性试验验证了模型的正确性。考虑齿槽力和边端力对作动器波动力的影响,提出了一种计算最佳槽口宽度和改进定子边端弧度的方法,并对作动器的工作效率随电流激励变化规律进行分析。结果表明:当槽口宽度为4.3mm时,推力波动最小等于43.7N;当边端弧度为60°时,定位力波动最小为9.5N,推力波动比最小等于4.8%;工作效率随三相电流频率的增大而提高,随电流的增大而降低。电磁主动悬架作动器工作特性试验证明:随着悬架运行速度的提高,应逐渐增加作动器输入电流和电流频率。

非线性接触下直线电机悬架作动器模态分析

针对直线电机式悬架作动器模态分析误差较大的问题,提出影响分析结果的非线性因素--法向接触刚度,通过优化接触刚度因子实现对作动器模态的精确分析。利用ANSYS Workbench对其进行了有限元仿真,研究了作动器各部件在不同阶数下的固有频率变化值,获得了作动器固有频率与接触刚度因子的相互影响关系,得到了作动器在最优接触刚度因子下的固有频率与振型图,分析了运行速度与模态频率之间的关系曲线。结果表明:初级铁心对样机结构整体频率影响最大;接触刚度因子等于0.6时,固有频率最优以及形变位移值最小;在第2阶频率下,作动器整体变形量较小,最大变形集中在次级铁心两端量;模态频率随运行速度的增大而增大。最后对悬架作动器样机进行了模态试验,仿真值与试验值较好吻合,验证了分析结果的正确性。