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作者：刘世静太原科技大学

学位级别：硕士

悬架是影响车辆舒适性、安全性和路面适应性等性能的重要总成,其结构设计与特性研究是车辆研发的重要课题。仿袋鼠腿悬架是一种基于袋鼠腿结构和运动特性设计的仿生悬架。前期研究发现该悬架具有较好的缓冲减振性能,然而,由于该悬架在... 详细信息

悬架是影响车辆舒适性、安全性和路面适应性等性能的重要总成,其结构设计与特性研究是车辆研发的重要课题。仿袋鼠腿悬架是一种基于袋鼠腿结构和运动特性设计的仿生悬架。前期研究发现该悬架具有较好的缓冲减振性能,然而,由于该悬架在运动控制时未考虑袋鼠腿肌肉力和关节转角的协同关系,其运动控制存在不够平顺和协调的问题。由于Hill肌肉与袋鼠腿肌肉在肌肉力产生和关节运动控制上具有一定的相似性,并且考虑了肌肉激活程度、肌肉力产生和关节转角的协同运动关系,故本文将Hill肌肉与仿袋鼠腿悬架相结合,提出一种基于Hill肌肉模型的仿袋鼠腿悬架(下称仿生悬架),以改善仿生悬架的控制特性。本文的研究内容如下:1.对考虑肌肉激活程度、肌肉力产生和关节转角协同运动关系的Hill肌肉模型进行研究,确定出适用于车辆悬架控制的Hill肌肉模型,推导出仿生悬架的动力学方程。2.确定仿生悬架的建模参数,在ADAMS中建立杆件模型,在Solid works中建立关节驱动模型,在Pro/E中建立圆弧形弹簧模型,在ADAMS中导入关节驱动模型和弹簧模型进行装配,构建出仿生悬架的仿真模型。3.设计了Fuzzy、Fuzzy-PID控制器,并采用ADAMS和Simulink联合仿真对仿生悬架控制特性开展研究。研究发现:(1)相较于双关节和单关节控制,三关节控制下的悬架性能更优。(2)冲击路面下,相对于被动悬架,Fuzzy控制和Fuzzy-PID控制下的车身位移和车身加速度分别下降了54%、58%和92%、93%,悬架抗冲击性能明显改善。(3)随机路面下,随着路面等级和车速的增加,Fuzzy控制和Fuzzy-PID控制均可有效改善悬架的控制性能;相对于被动悬架,主动控制下的悬架表现出更加优异的缓冲隔振性能、路面适应性及稳定性;主动控制下的车身加速度传递率(8.8%～1%)呈下降趋势且数值较小,轮胎动位移(0.19～3.92mm)及其传递率(8.1%～10.5%)呈上升趋势,但数值及变化较小。(4)冲击路面和随机路面下,相较于Fuzzy控制,Fuzzy-PID控制下的悬架特性更优。上述研究结果表明,基于Hill肌肉模型的仿生悬架具有良好的控制特性,验证了本文仿生思路和控制方法的正确性和有效性。

关键词：悬架 Hill肌肉模型 Fuzzy控制 Fuzzy-PID控制仿袋鼠腿

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带有仿袋鼠腿结构的双横臂悬架特性仿真及分析

带有仿袋鼠腿结构的双横臂悬架特性仿真及分析

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作者：李俊鹏太原科技大学

学位级别：硕士

随着汽车工业的快速发展及汽车的广泛应用,人们对汽车的性能和品质要求(如,高速行驶下的操纵稳定性和乘坐舒适性)日益提高,其中,对悬架性能的要求尤为突出。得益于袋鼠自然进化而来的腿部结构,其跳跃具有速度快、能耗低、地面适应性好... 详细信息

随着汽车工业的快速发展及汽车的广泛应用,人们对汽车的性能和品质要求(如,高速行驶下的操纵稳定性和乘坐舒适性)日益提高,其中,对悬架性能的要求尤为突出。得益于袋鼠自然进化而来的腿部结构,其跳跃具有速度快、能耗低、地面适应性好、运动稳定和低振动等诸多优点。故受此启发,试图将自然进化而来的袋鼠腿部结构抽象成工程缓冲减振结构,并将其应用于汽车悬架中。然后,通过构建一种带有仿袋鼠腿缓冲结构的汽车悬架,并开展该悬架结构参数特性的研究,以提高其性能和品质。本文以双横臂悬架为应用对象,构建一种带有仿袋鼠腿缓冲结构的双横臂悬架,并对其参数特性开展研究。本文通过对袋鼠腿部结构的研究,提出了一种三连杆仿袋鼠腿缓冲结构,并运用虚位移原理分析研究了该结构的刚度特性,列出了相应的刚度特性公式。利用ADAMS/View软件建立了仿袋鼠腿结构的虚拟样机模型,得出了该模型在上跳下落过程中各部件的运动特性曲线。利用动力学分析软件ADAMS/Car模块,分别建立了双横臂悬架和带有仿袋鼠腿结构的双横臂悬架模型,并对这两种悬架模型进行了双轮平行跳动仿真研究。经对比分析发现,带有仿袋鼠腿结构的双横臂悬架车轮外倾角变化范围减小0.5°,约减少21%;主销内倾角变化范围减小0.4°,约减少13%;前轮前束角变化范围增大0.6°,约增加14%。对带有仿袋鼠腿结构的双横臂悬架刚度特性进行了研究,发现其刚度值随悬架行程的变化分为压缩和拉伸两个阶段,并呈现出拉伸阶段悬架刚度线性缓慢递增、压缩阶段悬架刚度非线性快速递增的规律。阶段分界点接近悬架静平衡位置。该结果验证了虚位移原理推导出的刚度方程的正确性。此外,分析发现,影响仿袋鼠腿结构刚度变化的参数有,弹簧与仿袋鼠腿杆件间的夹角,仿袋鼠腿杆件的长度和弹簧在仿袋鼠腿杆件上的布置位置等。本文的研究结果可为新型仿生悬架的研发提供理论依据和参考。

关键词：双横臂悬架仿真试验仿袋鼠腿 ADAMS

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基于Hill肌肉模型的仿袋鼠腿悬架控制特性研究

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太原科技大学学报 2023年第5期44卷 403-409页

作者：宋勇刘世静李占龙孟杰张喜清太原科技大学车辆与交通工程学院太原030024

为进一步改善车辆悬架的控制性能,采用仿生设计思想,提出一种基于Hill肌肉模型的仿袋鼠腿悬架(下称仿生悬架)。设计了该悬架的Fuzzy、Fuzzy-PID控制器,并采用ADAMS和Simulink联合仿真对其控制特性开展研究。研究发现:①冲击路面下,相对... 详细信息

为进一步改善车辆悬架的控制性能,采用仿生设计思想,提出一种基于Hill肌肉模型的仿袋鼠腿悬架(下称仿生悬架)。设计了该悬架的Fuzzy、Fuzzy-PID控制器,并采用ADAMS和Simulink联合仿真对其控制特性开展研究。研究发现:①冲击路面下,相对于被动悬架,Fuzzy控制和Fuzzy-PID控制下的车身位移和车身加速度分别下降了54%、58%和92%、93%,悬架抗冲击性能明显改善。②随机路面下,随着路面等级和车速的增加,Fuzzy控制和Fuzzy-PID控制均可有效改善悬架的控制性能;相对于被动悬架,主动控制下的悬架表现出更加优异的缓冲隔振性能、路面适应性及稳定性;主动控制下的车身加速度传递率(8.8%~1%)呈下降趋势且数值较小,轮胎动位移(0.19~3.92)mm及其传递率(8.1%~10.5%)呈上升趋势,但数值及变化较小。③冲击路面和随机路面下,相较于Fuzzy控制,Fuzzy-PID控制下的悬架特性更优。上述结果表明,基于Hill肌肉模型的仿生悬架具有良好的控制特性,验证了该仿生思路和控制方法的正确性和有效性。

关键词：悬架 Hill肌肉模型 Fuzzy控制 Fuzzy-PID控制仿袋鼠腿

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