基于闭环力反馈原理的非线性液压主动阻尼悬架模型的研究及优化设讨

本文在理论上建立了一套基于主动力反馈原理的新型主动阻尼悬架的设计和优化方法。首先提出了该主动阻尼悬架的实现模型,该模型是在传统的液力减振器的基础上,应用半主动控制的思想,结合力反馈的原理建立起来的内部液压反馈阻尼网络模型。理论优化分析和计算机仿真表明,通过该液阻网络模型,即可以实现电控的主动阻尼悬架的功能,它可以根据汽车行驶路况的好坏,自适应地调节悬架阻尼大小以实现主动阻尼悬架的最优控制。

四级阻尼可调式液压互联悬架系统性能研究

提出一种新型四级阻尼可调式液压互联悬架(FDAHIS)系统。FDAHIS系统在被动液压互联悬架系统的阻尼阀上并联了两个常通孔面积不同的电磁开关阀,通过反馈控制策略控制电磁阀开闭状态,调节系统液压流量,从而实现阻尼四级可调。为了研究该系统性能,建立FDAHIS系统模型和七自由度整车模型。通过系统单元台架试验对该模型进行了验证。整车仿真结果表明,与被动的液压互联悬架(HIS)系统相比,FDAHIS系统在车辆行驶平顺性和抗俯仰性能方面表现更佳。

衬套弹簧式二级减振主动悬架及其半车非线性LQG控制器设计

针对作动器较大等效惯性质量放大需求控制力,阻碍旋转电机式主动悬架性能改善问题,提出了一种衬套弹簧式主动悬架二级减振结构方案。根据多工况实测力学特性,提出包含“反S型”刚度及“准饱和”阻尼特性的衬套弹簧力学模型,并据此建立了衬套弹簧式二级减振主动悬架半车非线性动力学模型;在增加衬套弹簧虚拟阻尼项保证系统稳定的基础上,对刚度的高次非线性项、“准饱和”阻尼非线性项进行前馈反馈线性化,设计出非线性LQG(linear-quadratic-Gaussian)控制器;为获得最优的悬架工作效果,对衬套弹簧虚拟阻尼进行了优化。结果表明,除能获得与传统理想主动悬架非常接近的悬架综合性能外,衬套弹簧式二级减振主动悬架还具有较好的变行驶工况鲁棒性。

电磁阀半主动悬架线性变参数μ综合鲁棒控制

针对电磁阀半主动悬架系统中的非线性和不确定性问题以及多个性能目标之间的矛盾,设计了一种线性变参数(linear parameter varying,LPV)μ综合鲁棒控制器。建立电磁阀非线性阻尼力力学模型并开展台架试验验证模型的准确性,构建了七自由度悬架系统的非线性LPV模型;对悬架参数不确定性和系统建模误差进行分析,并考虑传感器测量噪声的影响,设计了一种基于非线性和混合不确定性的LPV-μ综合鲁棒控制器;最后进行整车电磁阀悬架系统仿真和实车试验。仿真结果表明:在随机扰动下该控制器使车身垂向加速度均方根值降低46.47%,俯仰角加速度降低46.47%,侧倾角加速度降低50.68%,具有良好的抗干扰能力和可控性。试验结果表明:LPV-μ综合控制下车身垂向加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度均方根值分别降低36.6%、30.14%和39.47%,并且保证悬架动挠度小于0.06 m,验证了该控制策略的有效性。

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。

多档阻尼可切换式半主动悬架控制算法及其优化研究

针对汽车可切换阻尼半主动悬架提出了一种控制方法,并应用基于微元法的二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对非线性半主动悬架控制律进行了设计及优化。首先,考虑悬架的非线性弹簧和非线性阻尼的影响,建立了非线性车辆半主动悬架系统模型,采用微元法对车辆性能进行仿真分析。然后,采用NSGA-Ⅱ算法对悬架在不同运动状态下的阻尼系数进行寻优,设计了一种多档阻尼可切换的半主动悬架控制算法。研究结果表明,与被动悬架相比,所设计的可切换阻尼悬架可明显提高车辆的总体性能。为说明该算法的有效性,与经典的on-off天棚控制半主动悬架也进行了比较,证明该算法进一步改善了乘坐舒适性。该研究为非线性悬架阻尼优化提供了一个可行的方法,可为多档可切换阻尼半主动悬架设计提供有益参考。

基于模糊控制的主动抗侧倾液压互联悬架研究

随着车速提高,车辆侧翻的风险随之增加,因此车辆的抗侧倾性能愈发受到人们的重视。液压互联悬架(HIS)能有效提升车辆的侧倾刚度且几乎不影响车辆的平顺性。根据所研究的主动液压互联悬架,设计了一个以侧倾角和侧倾角加速度作为输入的模糊控制器,直线行驶时控制器几乎不工作,此时车辆等同于被动HIS,两者平顺性近似相同;高速转向时通过控制电机推动调节油缸的活塞杆运动,产生主动的抗侧倾力矩提高车辆的操稳性能。搭建了主动抗侧倾HIS实验台架,通过台架实验验证了主动HIS模型的正确性。对试验车辆底盘进行主动抗侧倾HIS测试系统改装,进行蛇形和双移线试验,并利用MATLAB/Simulink进行相应仿真,比较分析被动HIS车辆和主动HIS车辆的车身侧倾角峰值。结果表明,与被动HIS相比,主动HIS能有效提高车辆的抗侧倾性能。

基于作动器非线性的主动悬架减振性能研究

针对电磁主动悬架中直线作动器非线性特性对车辆减振性能产生影响的问题,采用麦克斯韦应力张量法建立输入电流与输出电磁力的非线性解析模型。通过拟合作动器非线性力的办法将解析模型中多结构参数问题缩减到二维,再将作动器拟合模型应用到采用LQG控制器的1/4车辆悬架模型中,研究作动器非线性对车辆减振性能的影响。结果表明:作动器的非线性使LQG控制效果变差,实际减振性能降低;作动器结构参数中极对数与初级定子长度的比值接近车辆共振频率时,减振性能最差。

阻尼非线性半主动悬架的建模与控制

基于可调阻尼减振器的试验结果,拟合了可调阻尼减振器阻尼系数与步进电动机转角之间的非线性关系,建立了阻尼非线性半主动悬架数学模型,设计了模糊动态最优控制策略,研制了阻尼非线性半主动悬架系统控制器,在仿真的基础上,进行了实车道路试验。结果表明,阻尼非线性半主动悬架模型更接近实际模型,有效改善了车辆的乘坐舒适性、行驶安全性,协调了整车综合性能。

非线性液压阻尼悬架的优化设计及最优控制

本文对二自由度非线性液压阻尼悬架系统进行了统计线性化分析,并提出这种半主动非线性液压阻尼悬架系统针对不同路况进行最优控制的控制策略;同时对非线性阻尼系统进行实时仿真,得出此类液压阻尼对振动的抑制优于线性阻尼的结论。

液压主动悬架的非线性自适应控制

以车身垂直加速度和悬架动行程为控制目标 ,同时引入非线性高通滤波器和非线性低通滤波器 ,基于逆向递推 (Backstepping)技术 ,并考虑液压系统的非线性特性及其参数不确定性 ,提出了一种主动悬架的非线性自适应控制方法。仿真结果表明 ,在不同的激励信号作用下 ,都取得了较好的控制效果。

非线性液压阻尼悬架分级控制

本文研究了主动阻尼悬架系统的分级控制策略,同时对各种影响系统性能参数的变化进行了研究。将分级控制的控制效果与最优阻尼控制作了比较。结果表明,结构简单的分级阻尼控制效果接近最优阻尼控制。

非线性主动悬架自适应滑模反步控制研究

针对主动悬架系统非线性特性和系统参数不确定性的问题,提出了一种非线性主动悬架自适应滑模反步控制算法。基于主动悬架非线性特性的问题,建立二自由度1/4非线性主动悬架模型。同时,在考虑主动悬架系统参数不确定性的条件下,在反步控制理论的基础上,结合滑模控制与自适应控制,提出了一种自适应滑模反步控制策略.为了验证本文所提出的自适应滑模反步控制器的控制效果,在Simulink中建立控制器仿真模型,对二自由度1/4非线性主动悬架进行仿真实验。仿真结果表明,与被动悬架相比,本研究所提出的控制策略,车身垂向加速度均方根值减小了70%左右,轮胎动变形均方根值减小了10%左右,结果表明车辆稳定性得到优化,不仅能够解决悬架系统参数不确定性问题,而且有效提高了悬架系统性能,改善了车辆运行过程中的平顺性和乘坐舒适性。该研究对主动悬架的控制研究具有重要意义。

车辆主动空气悬架控制系统开发与研究

以主动空气悬架为研究对象,建立1/4动力学模型。针对悬架系统非线性特性强、易受外界干扰等缺点,选用模糊滑模控制算法对主动悬架控制系统进行设计与开发。使用Simulink软件建立悬架控制系统模型,并设计控制系统硬件。通过硬件在环仿真验证所设计的控制算法的有效性,结果表明:所设计主动悬架控制系统相较于被动悬架在车身加速度、悬架动挠度和轮胎动位移性能上分别提高了24.52%、29.40%和9.72%,有效地提高车辆行驶的操纵稳定性,同时也改善整车乘坐的舒适性。

基于强化学习的非线性主动悬架系统的最优控制

为了改善车辆性能和乘客舒适性,针对带有非线性阻尼的1/4汽车主动悬架系统,提出了一种基于在线迭代算法的最优控制策略。首先根据所建立的非线性模型给出了合理的代价函数,并利用最优控制理论设计了初始最优控制策略。然后为了处理求解HJB方程的困难,借助于强化学习的Actor-Critic框架构造了一种新颖的策略在线学习HJB方程的近似解,同时为提高系统的鲁棒性,在Actor-Critic更新率中增加了泄漏项。最后通过稳定性分析表明所提策略可通过调节参数使状态收敛到零的充分小邻域,同时使代价函数达到最优。

馈能式半主动悬架振动自适应最优容错控制

为有效抑制馈能式半主动悬架在不确定因素下的振动,建立悬架机电耦合动力学模型,研究悬架能量转换效率随电参数的变化规律;推导自适应最优容错控制增益,分别在时域和频域中研究悬架的隔振能力;通过构建Lyapunov方程,建立悬架自适应最优容错控制策略的鲁棒性能指标,研究关键参数对鲁棒性能指标的影响规律。研究结果表明:电参数对悬架能量转换效率影响显著,悬架在第2阶固有频率处能量转换效率较高;所提出的自适应最优容错控制策略能够在时域和频域有效抑制振动,其隔振能力明显优于被动控制和自供能模式,控制策略鲁棒性指标受发电模块电感和永磁体外径变化的影响最为显著。

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。

含滚珠丝杠副的电磁半主动悬架滑模控制

为了提高车辆悬架的减震性能及使用寿命,提出一种含滚珠丝杠副的电磁半主动悬架,使用磁滞制动器提供阻尼,使用改进滑模控制调节悬架系统参数。建立滚珠丝杠作动器数学模型,理论验证滚珠丝杠作动器提供悬架阻尼的有效性,建立二自由度半主动悬架动力学模型,以天棚阻尼控制系统作为参考模型,设计误差动力学方程,并确定滑模面。使用含有双曲正切函数的新型滑模趋近律取代传统指数趋近率,消减系统抖振,提高系统的快速响应能力,避免高频振动。建立Simulink仿真模型,并分析对比汽车以20 m/s速度行驶在B级路面情况下,不同控制方法的车身垂直加速度、悬架动挠度、车轮动位移的时域响应曲线,同时对比了汽车以20m/s速度行驶在A级、B级、C级不同路面情况下的悬架性能指标均方根。结果表明,采用新型趋近率的改进滑模控制的含滚珠丝杠副电磁半主动悬架与传统趋近率的半主动悬架相比,很好地改善了悬架减振性能,减小了系统抖振,具有良好的适应性和鲁棒性,尤其在B级路面,该半主动悬架的减振性能更为明显。

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。

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。