具有环形吸振结构的悬架时滞减振机理研究

作     者：陈雅洁 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任传波

授予年度：2023年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：时滞反馈控制 环形吸振结构 车身减振 稳定性切换 频域扫描法 

摘      要：传统悬架结构难以同时满足汽车平顺性和操纵稳定性的需求,时滞现象在主动控制过程中也不可避免。在系统中应用时滞反馈控制,选择合理的控制参数可以有效地减小系统的振动。考虑到上述存在的问题,本文提出了一种具有环形吸振结构的新型悬架结构,并将时滞状态反馈控制技术应用其中,先后提出了在不同控制对象下的单时滞反馈控制、双时滞反馈控制、基于Carsim/Simulink联合仿真的方法研究时滞反馈控制的新型悬架对车身减振的有效性。首先,提出了一种具有环形吸振结构的新型悬架结构,这种新型结构中的环形吸振质量块可以将车轮传递给车身的振动吸收,从而减小传递到车身的振动。以悬架性能指标作为优化目标函数,得出环形吸振结构的最优参数。在时域和频域上对传统悬架和新型悬架进行对比分析。结果表明,新型悬架明显改善了车身垂向加速度和轮胎动位移,提高了汽车的乘坐舒适性。然后,在1/4具有环形吸振结构的新型悬架系统中,分别对不同控制对象进行单时滞反馈控制研究。利用Routh-Hurwitz稳定性判据、特征根法和稳定性切换方法对系统在不同时滞反馈控制下的时滞无关稳定性区域以及临界时滞稳定性区域进行了分析。通过精细积分方法求解出系统振动响应,以悬架性能指标作为优化目标,得出当目标函数最小值时的最优时滞参数。再从时域和频域对比不同控制对象下时滞反馈的差别。研究结果表明,针对不同控制对象,时滞反馈控制均能减小车身的振动,但是减振效果一般。随后,将两种时滞反馈控制同时引入至具有环形吸振结构的新型悬架系统中,提出一种双时滞反馈控制的新型悬架减振方法,将不同路面激励引入目标函数模型中,优化出双时滞反馈控制下的最优参数。结合Routh-Hurwitz稳定性判据和频域扫描方法验证在最优反馈控制参数下双时滞系统的稳定性。对双时滞控制下具有环形吸振结构的新型悬架系统进行分析,并与不同单时滞控制下具有环形吸振结构的新型悬架进行对比分析。研究结果表明,具有环形吸振结构的新型悬架系统在双时滞反馈控制下能够大幅度的减小车身振动,汽车的整体性能也得到明显地提升。最后,利用Carsim/Simulink搭建联合仿真平台,对随机路面进行三维重构,通过联合仿真模型得到最优时滞反馈控制下的新型悬架系统各项性能评价指标的时域仿真分析结果,进一步验证了时滞反馈控制下的新型悬架的有效性。本文通过对具有环形吸振结构的新型悬架构建不同时滞状态反馈控制,分析了不同控制对象下的时滞状态反馈对车身减振的影响,并在车辆动力学软件中进行了验证,为车辆减振领域的研究提供了一定的参考价值。