粒子群算法优化的车辆悬架座椅模糊PID控制

针对车辆悬架座椅的振动问题,基于ADAMS/View和MATLAB/Simulink平台建立三自由度1/4车辆主动悬架座椅系统模型和路面模型,提出一种运用粒子群算法优化模糊PID的控制方法。该方法融合标准粒子群算法与模糊PID算法,通过粒子群算法对模糊PID控制中的量化因子、比例因子和模糊规则参数进行优化,解决模糊PID控制参数的选取存在经验性和主观性的问题。仿真结果表明:在不同的车速下,相较于模糊PID控制,粒子群优化模糊PID控制的座椅加速度下降16.5%以上,相较于被动悬架座椅,粒子群优化模糊PID控制的座椅加速度下降48.0%以上,减振效果改善明显。

悬架座椅激励输入谱的时域信号重构研究

为获得司机悬架座椅振动仿真和试验的激励时域输入,根据国家标准规定的激励输入谱,基于信号离散傅里叶逆变换和频域积分对振动激励的加速度输入谱进行时域信号重构,获得时域中的激振输入加速度、速度和位移信号。对比时域重构信号的功率谱密度和标准功率谱密度,两者能精确吻合,证明提出的方法能准确实现输入谱的时域信号重构。

手扶拖拉机X型悬架座椅的研究

为了改善手扶拖拉机驾驶员的乘坐舒适性能,本文给出了一种预紧的X型悬架座椅,并对该悬架进行了理论解析,测定了它的静态特性和手扶拖拉机在凹凸不平道路上行驶时的隔振性能,同时也与手扶拖拉机原海棉弹簧座椅及ISO2631中的振动规范曲线进行了比较。

面向人体振动响应的ISD悬架座椅性能分析

为解决悬架座椅设计中降低固有频率和保证系统刚度之间的设计矛盾,进一步改善悬架座椅舒适性,将惯容器运用到悬架座椅系统中。建立了ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架座椅模型,选出了最适合座椅的ISD结构,并结合三自由度坐姿人体模型(ISO 5982—2001)模型)建立了四自由度人-椅系统集中参数模型。根据座椅台架试验对悬架座椅参数和人体参数进行了识别。分析了模型在不同频段下的动态响应,惯质系数在不同频段激励下的取值,以及惯质系数对座椅舒适性的影响和惯质系数与阻尼的匹配关系。结果显示,将惯容器运用于悬架座椅能明显降低系统固有频率、改善座椅舒适性;惯容器、弹簧和阻尼器三者并联是最适合悬架座椅隔振的ISD结构,舒适性的改善程度和最优惯质系数取值都与激励特征有关。

剪式悬架座椅等效刚度阻尼的计算与分析

推导了座椅悬架的等效刚度和等效阻尼,建立了座椅-座椅悬架-人体耦合二自由度理论简化模型,计算分析了系统的传递函数。在建立的模型的基础上,讨论了座椅悬架结构的变化对系统响应的影响,讨论了弹簧倾角、阻尼器倾角,以及连杆的长度和倾角对座椅悬架系统等效刚度及其变化、等效阻尼和传递函数的影响。所建立的理论模型,可为进行座椅悬架结构的优化设计提供分析模型。

剪式座椅悬架系统动态性能分析

基于达朗贝尔原理,在建立座椅悬架系统的虚平衡状态的基础上,推导出了系统的运动微分方程,得到了系统的传递函数。采用试验测定手段,得到了座椅悬架主要元件的力学性能及座椅传递特性,并通过试验结果验证理论模型的准确性。在此基础上,讨论各参数对悬架系统共振频率及幅值的影响,针对其结构参数对悬架系统进行了部分改进,可为座椅结构设计提供思路和解决方法。

汽车半主动座椅悬架自适应模糊神经滑模控制

针对含有人体模型的5自由度座椅悬架系统,设计一种基于自适应模糊神经网络(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)的滑模控制器(ANFIS-SMC)。首先,设计一种时变滑模面,通过调整其斜率使系统状态点快速到达滑模面,从而提升系统控制速度;其次,通过ANFIS对切换增益在线调节,用切换项消除干扰,实现控制器在复杂多源干扰下精确控制;最后,仿真验证采用双曲正切函数代替切换项中的符号函数,使得输出更连续,有效降低抖振。仿真结果表明:该控制器能有效提高系统的跟踪性能和响应速度,对不确定性干扰具有较好的鲁棒性,带有该控制器的座椅悬架乘坐舒适性明显改善。

基于磁流变阻尼器高速列车半主动座椅悬架控制方法对比研究

在建立了高速列车“座椅-车体-构架”三自由度模型系统基础,分别提出了基于磁流变阻尼器的MPC控制、天棚阻尼控制、模糊控制半主动控制策略,并进行仿真分析。研究结果表明:与被动控制相比,施加半主动控制后的座椅振动加速度均方根值均有所减小,其中采用天棚控制、模糊控制和MPC控制的座椅加速度均方根值分别减少了25.37%,17.67%和16.38%;从频域角度而言,三种控制方法都能降低座椅5 Hz频带内的振动幅值;虽然天棚阻尼控制对座椅5 Hz频带内的幅值降低最大,但同时会造成座椅5 Hz以上的振动幅值增加,而MPC和模糊控制方法对座椅5 Hz以上的振动幅值没有明显影响。

集成调整功能的座椅非线性悬架设计

为提高工程车辆座椅的低频隔振能力,及适应驾驶员身高、体质量参数的差异性,设计了一种集成身高和体质量调节功能的座椅非线性悬架,建立了核心设计参数与其力-位移特性间的数学模型,确定了主要设计参数。基于ADAMS软件仿真验证了座椅悬架的力-位移特性、调整功能,并制造了物理样机进行了试验验证。结果表明,所设计的悬架具有较好的非线性特性,高度、体质量参数可调,且参数的调整不影响悬架的低频隔振能力。

采用PD控制的变质量座椅悬架主动控制研究

针对座椅悬架负载质量的变化而产生的系统非线性,以及对座椅振动的有效控制等问题,提出了一种基于比例-微分(Proportional-Derivative,PD)控制的变质量座椅悬架主动控制系统。该控制系统建立在几个不同的控制器基础上,主控制器用于评估应在悬架系统中产生所需主动力的实际值,次级控制器用于计算信号的瞬时值,该信号通过其反向模型控制有源元件。建立主动座椅悬架系统模型,对主动座椅悬架控制系统进行设计。对不同负载质量的座椅悬架系统的鲁棒性进行仿真验证,对控制器参数进行优化设计,实现了主动座椅悬架自适应质量识别的精细控制。对优化设计结果进行对比验证,结果表明,质量变化对主动座椅悬架系统的动态性能影响显著降低。在100 kg质量负载时,EM3、EM5和EM6激励信号下,主动系统的座椅有效幅值传递率(Seat Effective Amplitude Transmissibility,SEAT)因子分别降低了49.81%、20.96%和29.85%,同时悬架行程分别降低了4.76%、33.87%和18.18%。所建立的主动控制系统显著提高了座椅悬架的性能,对变化负载质量具有更好的鲁棒性,为主动座椅悬架隔振性能研究提供了参考。

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%.

具有天棚阻尼控制的准零刚度座椅悬架系统隔振性能研究

为改善开关型天棚阻尼控制策略在车辆半主动悬架控制中的应用效果,以车辆座椅悬架系统为研究对象,首先建立了具有负刚度结构的三自由度1/4车辆动力学模型,根据悬架系统动力学方程采用Matlab/Simulink搭建了其半主动控制系统仿真模型,同时对非线性控制系统的时域和频域响应进行了仿真分析,研究了负刚度结构参数对天棚阻尼控制系统的影响。结果表明:天棚阻尼控制准零刚度座椅悬架系统的综合性能目标函数比天棚阻尼控制座椅悬架系统降低了26%,比被动式座椅悬架系统降低了38%,说明其隔振效果具有明显优势。本研究确定了天棚阻尼系数的最优解,改善了车辆的操纵稳定性、运行平稳性和乘坐舒适性。

基于磁流变阻尼器的半主动车辆座椅悬架模糊控制研究

设计基于磁流变阻尼器的半主动车辆座椅悬架系统的模糊控制器。用ADAMS对系统建立三维多刚体动力学模型,用MATLAB设计系统模糊控制器,并联合两者对整个系统进行仿真。仿真和台架试验结果表明,模糊控制策略能使该系统较好抑制垂直振动加速度,提高乘坐的舒适性。

基于球面滚子机构的车辆座椅非线性悬架设计

线性座椅悬架低频隔振能力差,为提高非公路车辆的振动舒适性,基于球面滚子机构设计了座椅非线性悬架,建立了主要设计参数与其力-位移特性间关系的数学模型,进而确定了悬架的主要设计参数。基于ADAMS软件和试验方法,测试了悬架的力-位移特性和振动传递率特性。结果表明:所设计的悬架具有高静态刚度和低动态刚度,最低的隔振频率低于传统的线性座椅悬架。但是,悬架的内摩擦对其低频隔振性能影响较大,需要关注。

车辆座椅悬架自适应模糊PID控制及仿真

为提高车辆座椅悬架减振性能,建立了简化的三自由度车辆座椅悬架模型,结合模糊控制与PID控制理论提出了座椅悬架自适应模糊PID控制方法。该方法中以座椅垂直振动速度的误差为控制参量设计了PID控制器,将座椅垂直振动速度误差及误差变化率作为模糊控制器的输入变量,利用模糊控制规则对PID控制器参数进行在线自调整。以C级路面白噪声随机信号为输入,利用MATLAB/Simulink对自适应模糊PID控制器进行了仿真。结果表明:相对于不加控制和PID控制的座椅悬架系统,自适应模糊PID控制方法可以明显改善座椅质心处的垂直振动加速度。

具有参数不确定性的车辆座椅悬架H_∞输出反馈半主动控制

针对座椅悬架系统的参数不确定性和位移测量难题,基于线性矩阵不等式和H∞最优控制理论,建立了座椅悬架系统的参数不确定性H∞输出反馈控制器。控制器利用估计的状态采用鲁棒控制策略计算期望控制力。磁流变阻尼器的控制电压在满足半主动和极值约束条件下,比较期望控制力与当前阻尼力的大小,应用开关控制算法进行调整,使得磁流变阻尼器产生跟踪期望控制力的阻尼力。数值仿真结果证明,该控制器在仅利用座椅架的加速度作为测量输出进行状态估计,以及在座椅悬架系统具有参数不确定性的情况下,仍能有效地对座椅外部激励进行隔振,改善驾驶员的乘坐舒适性。

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.

座椅悬架不匹配干扰估计全程滑模控制研究

针对含有人体动态的座椅悬架系统,通过合理选择状态变量及干扰变量,将地面激励建模成系统的一类可从控制通道输入的匹配干扰,同时考虑模型参数变化这一类不匹配干扰对系统的影响,基于滑模控制理论,设计了全程滑模切换函数;结合不匹配干扰估计器,构造了座椅悬架系统控制器;根据Lyapunov理论,证明了系统的鲁棒稳定性。利用座椅位移量和人体加速度量这两个可测输出量,设计了滑模观测器,实现了对状态变量的估计。仿真结果表明,相比于LQR和传统的滑模控制方法,带不匹配干扰估计的全程滑模控制方法可以使得座椅悬架系统在刚度系数和阻尼系数变化以及恶劣地况的情况下,获得更佳的动态性能及鲁棒性。

车辆座椅悬架系统的建模与H_∞鲁棒控制研究

建立了四自由度的“车-椅-人”悬架系统动力学和数学模型．运用H。鲁棒控制理论为车辆座椅悬架系统设计了鲁棒控制器，并且借助Matlab软件对鲁棒控制器和最优控制器的控制性能进行了仿真分析．仿真结果表明：与最优控制器相比所设计的鲁棒控制器能更好地抑制座椅悬架系统的垂直振动加速度，在共振频率附近其减振幅度能达到50％～60％，大大提高了乘坐舒适性，并且该系统能够承受一定的模型参数不确定性，具有良好的鲁棒稳定性．

具有随机干扰的车辆座椅悬架系统的鲁棒H_∞控制

针对随机干扰环境下的车辆座椅悬架系统,给出鲁棒H∞控制器设计方法。首先建立座椅悬架系统的动力学模型,在建模过程中同时考虑了系统中存在的参数不确定(质量、刚度、阻尼)和座椅随机振动因素。其次,基于随机微分方程理论和Lyapunov泛函理论设计出半主动控制器,给出控制器参数线性矩阵不等式解的形式,并保证系统的H∞性能指标。最后,随机输入下的时域和频域仿真结果表明,所提方法在参数不确定和随机干扰下能够有效衰减座椅悬架垂直加速度,提高人体乘坐舒适性。