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考虑能耗的电磁主动悬架LQR控制策略

西南交通大学学报 2023年第4期58卷 754-760,798页

作者：孙凤邢大壮周冉金俊杰徐方超沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870

为改善车辆电磁主动悬架功率过大的问题,提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制策略.首先,介绍电磁主动悬架的结构,由等效磁路法得出直线电机的推力模型,再建立电磁主动悬架的动力学模型;其次,... 详细信息

为改善车辆电磁主动悬架功率过大的问题,提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制策略.首先,介绍电磁主动悬架的结构,由等效磁路法得出直线电机的推力模型,再建立电磁主动悬架的动力学模型;其次,在传统的LQR加权系数优化模型基础上提出增加有关能耗的约束条件,设计了一种改进LQR控制策略;最后,使用MATLAB/Simulink进行仿真,通过主动力大小进行控制器正确性的验证,并对比分析随机路面下的能耗与动力学效果.结果表明:改进LQR控制策略的主动力大小符合优化时约束的概率最低为99.89%;改进LQR控制策略与原LQR控制策略相比,功率均方根降低80.29%,悬架动行程均方根没有明显差别,轮胎动变形均方根优于原LQR控制策略约5%,车身垂向加速度降幅最低仍能达到原LQR控制策略的50%.

关键词：直线电机悬架 LQR控制优化随机路面

考虑药罐液体晃动的高地隙喷雾机底盘悬架优化设计

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农业工程学报 2023年第10期39卷 15-25页

作者：路力权张军昌陈军陈雨胡宸玮曹佳宇西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100

针对高地隙喷雾机作业工况复杂,罐内药液晃动及质量时变导致的整车行驶平顺性难以保证的问题,基于液体晃动动力学特性和机械模型等效准则,建立了喷雾机液—固耦合下的底盘非线性垂向动力学模型,应用多目标遗传算法对喷雾机底盘悬架系统... 详细信息

针对高地隙喷雾机作业工况复杂,罐内药液晃动及质量时变导致的整车行驶平顺性难以保证的问题,基于液体晃动动力学特性和机械模型等效准则,建立了喷雾机液—固耦合下的底盘非线性垂向动力学模型,应用多目标遗传算法对喷雾机底盘悬架系统参数进行了优化,得到了不同路面及充液条件下的悬架刚度、阻尼最优参数矩阵。优化结果表明,最优悬架参数下的整车车身垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度及车轮动载荷较优化前分别降低27.5%、16.4%、25.8%及17.6%。搭建喷雾机整机试验平台,开展两种典型路面工况条件下的喷雾机整车试验。试验结果表明,与初始参数条件下的整车平顺性评价指标相比,悬架最优参数条件下的车身垂向加速度分别降低了15.58%与18.72%,车身侧倾及俯仰角速度均降低10%以上。研究结果可为包括喷雾机在内的罐体类车辆悬架设计、参数优化及控制提供参考。

关键词：喷雾机液体晃动悬架参数多目标优化试验

基于机电惯容的车辆ISD悬架的分数阶控制系统

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汽车安全与节能学报 2022年第1期13卷 63-69页

作者：花杰沈钰杰陈龙刘雁玲杨晓峰江苏大学汽车工程研究院镇江212013 江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

为改善车辆惯性容器弹簧阻尼(ISD)悬架隔振性能,改善驾驶平顺性,建立了一个1/4比例的悬架动力学模型。以乘坐舒适性为目标,搭建悬架分数阶比例积分微(PID)控制系统。考虑车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷等指标,用多目标遗传算法,优... 详细信息

为改善车辆惯性容器弹簧阻尼(ISD)悬架隔振性能,改善驾驶平顺性,建立了一个1/4比例的悬架动力学模型。以乘坐舒适性为目标,搭建悬架分数阶比例积分微(PID)控制系统。考虑车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷等指标,用多目标遗传算法,优化求解模型参数。在Matlab/Simulink中仿真分析了悬架动态性能。结果表明:相较于传统被动悬架,用整数阶控制的悬架车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的均方根值分别降低了13.9%、26.2%和1.5%;相较于用整数阶控制的车辆,用分数阶控制的悬架的这3个参数分别降低了15.4%、31.5%和6.8%;因此,分数阶控制系统,提高了行驶平顺性和操纵稳定性。

关键词：车辆悬架机电惯性容器惯性容器弹簧阻尼(ISD) 隔振性能分数阶控制

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悬架轴对称橡胶衬套径向变形解析计算及试验

中国科学：技术科学 2017年第2期47卷 128-136页

作者：赵雷雷周长城于曰伟杨福兴山东理工大学交通与车辆工程学院淄博255049 北京邮电大学自动化学院北京100876

为了便于快速、有效地对汽车悬架橡胶衬套进行初始设计、选型及刚度匹配等,基于对试验测得的轴对称橡胶衬套径向变形曲线的分析,利用弹性力学理论,通过在橡胶衬套两端施加正、负虚拟约束应力,对橡胶衬套静态径向变形进行研究,建立了轴... 详细信息

为了便于快速、有效地对汽车悬架橡胶衬套进行初始设计、选型及刚度匹配等,基于对试验测得的轴对称橡胶衬套径向变形曲线的分析,利用弹性力学理论,通过在橡胶衬套两端施加正、负虚拟约束应力,对橡胶衬套静态径向变形进行研究,建立了轴对称橡胶衬套在静态径向集中作用力下的径向变形解析式.通过实例,对静态径向集中作用力下的橡胶衬套径向变形进行了解析计算,并与ANSYS软件仿真结果及试验结果进行了对比分析,可知在小变形范围内解析计算值与仿真值及试验值相吻合,表明所建立的轴对称橡胶衬套径向变形解析式在衬套小变形范围内是可靠的.

关键词：悬架橡胶衬套径向变形虚拟约束应力解析计算

含圆弧形缓冲结构的仿袋鼠腿悬架建模与行为特性研究

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西安交通大学学报 2021年第9期55卷 28-38页

作者：宋勇刘林鑫李占龙连晋毅孟杰燕碧娟太原科技大学机械工程学院太原030024

为追求综合性能更优的车辆悬架,借鉴长期跳跃行进在复杂地形中的袋鼠腿部结构,针对一种含圆弧形缓冲结构的三连杆式仿袋鼠腿悬架(简称仿生悬架)开展研究。设计一种双圆弧道缓冲阻尼结构以模拟袋鼠腿跳跃运动中筋腱、肌肉等组织的缓冲减... 详细信息

为追求综合性能更优的车辆悬架,借鉴长期跳跃行进在复杂地形中的袋鼠腿部结构,针对一种含圆弧形缓冲结构的三连杆式仿袋鼠腿悬架(简称仿生悬架)开展研究。设计一种双圆弧道缓冲阻尼结构以模拟袋鼠腿跳跃运动中筋腱、肌肉等组织的缓冲减振效果,并将其布置于3个仿生关节处;为探讨所提悬架的行为特性,采用Lagrange方程建立1/4车辆动力学模型;通过Pro/E建立三维圆弧形缓冲结构并导入ADAMS进行悬架动力学特性仿真分析。研究发现:①仿生悬架运动参数间存在严重非线性耦合关系,其动力学方程难以解析求解。②采用亚元结构与柔性体相连并将约束施加到亚元结构的方法,可实现圆弧形缓冲结构实体建模与运动仿真。③随着路面等级和车速的增加,悬架的动态特性参数值增加,但均在合理范围内;车身垂向加速度相对增长率降低,其传递率(10.7%~2%)整体呈下降趋势;轮胎动位移传递率(8.6%~10.6%)增加,但变化平缓;悬架结构设计合理,具有良好的路面适应性、高速舒适性和稳定性。④仿生悬架表现出良好的抗冲击性能。⑤仿生悬架各项特性参数均优于对比文献中传统悬架的,表明悬架仿生设计的正确性和有效性。⑥仿生悬架在2 Hz和14 Hz附近出现共振峰,避开了人体敏感的频率区间,表现出良好的频响特性。

关键词：悬架三连杆式仿袋鼠腿圆弧形缓冲结构行为特性动力学

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考虑能耗的电磁主动悬架LQR控制

西南交通大学学报 2023年

作者：孙凤邢大壮周冉金俊杰徐方超沈阳工业大学机械工程学院

为改善车辆电磁主动悬架能耗过大的问题，本文提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器（linear quadratic regulator，LQR）控制。首先，介绍电磁主动悬架的结构，由等效磁路法得出直线电机作动器的推力模型，再建立电磁主动悬架的动... 详细信息

为改善车辆电磁主动悬架能耗过大的问题，本文提出一种考虑能耗的改进线性二次型调节器（linear quadratic regulator，LQR）控制。首先，介绍电磁主动悬架的结构，由等效磁路法得出直线电机作动器的推力模型，再建立电磁主动悬架的动力学模型。其次，在传统的LQR加权系数优化模型基础上，提出增加有关能耗的约束条件，设计了一种改进LQR控制。最后，使用MATLAB/Simulink进行仿真，通过主动力大小进行控制器正确性的验证，并对比分析随机路面下的能耗与动力学效果。结果表明，改进LQR控制的主动力符合设计约束的概率在99.89%以上。改进LQR控制与原LQR控制相比，功率均方根降低80.29%；在此前提下，悬架动行程均方根与原LQR没有明显差别，轮胎动变形均方根优于原LQR控制约5%，车身垂向加速度均方根改善效果仍能达到原LQR的50%以上。

关键词：直线电机悬架 LQR控制优化随机路面

双菱形仿袋鼠腿悬架的PID和Fuzzy-PID控制特性研究

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振动与冲击 2020年第20期39卷 149-160页

作者：宋勇杜锐李占龙燕碧娟章新连晋毅智晋宁太原科技大学机械工程学院山西太原030024

为改善传统车辆悬架的性能,借鉴自然进化而来的袋鼠腿部结构,提出一种双菱形仿袋鼠腿悬架。为研究该悬架的行为特性,采用Lagrange方程法推导其动力学模型;基于动力学模型分别设计其PID和Fuzzy-PID控制器;在MATLAB/simulink环境下,建立... 详细信息

为改善传统车辆悬架的性能,借鉴自然进化而来的袋鼠腿部结构,提出一种双菱形仿袋鼠腿悬架。为研究该悬架的行为特性,采用Lagrange方程法推导其动力学模型;基于动力学模型分别设计其PID和Fuzzy-PID控制器;在MATLAB/simulink环境下,建立其被、主动仿真模型并开展特性仿真与分析。研究发现:①被、主动模式下,车身垂向加速度、悬架动挠度及轮胎动位移均方根,随着车速和路面等级的增加均有所增加且在允许范围内。②不同路面等级下,随着车速的增加,被、主动模式的车身垂向加速度传递率数值基本相同,均呈单调递减趋势,(如,被动模式的车身垂向加速度传递率在1.64%~0.80%之间变化),但主动模式优于被动模式,Fuzzy-PID控制优于PID控制(约下降0.5%~0.6%);③不同路面等级下,随着车速的增加,被、主动模式的轮胎动位移传递率数值均增加,但其增加率呈下降趋势。从传递率数值上看,主动模式明显优于被动模式(约减少15%~25%,高车速时下降明显),但Fuzzy-PID控制与PID控制效果基本相同;④由车身加速度、悬架动挠度和轮胎动位移传递率频响特性可知双菱形仿袋鼠腿悬架有两个峰值,第一个峰值在0.8 Hz附近,第二个峰值在15 Hz附近;主动控制下悬架的舒适性和稳定性均优于被动悬架,Fuzzy-PID较PID控制效果更佳。研究结果表明:所提悬架的结构设计合理、方案可行。该悬架具有良好的路面适应性、高速舒适性和稳定性,这些特性与袋鼠腿的运动特性相吻合,验证了该研究思路的正确性和控制方法的有效性。

关键词：悬架双菱形仿袋鼠腿结构 PID控制 Fuzzy-PID控制

基于Simulink单气室油气混合式悬架输出特性分析

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机械设计与制造 2023年第11期393卷 140-143页

作者：张清郁河南工业贸易职业学院汽车工程学院河南郑州451191

单气室油气混合式悬架被广泛应用在各类重载车辆,其输出力特性模型对结构设计具有重要影响。结合单气室油气混合式悬架的结构和运动特点,采用不同的油液和气体状态分析方程,对弹性力和阻尼力等进行分析,获取油气悬架输出特性的数学模型... 详细信息

单气室油气混合式悬架被广泛应用在各类重载车辆,其输出力特性模型对结构设计具有重要影响。结合单气室油气混合式悬架的结构和运动特点,采用不同的油液和气体状态分析方程,对弹性力和阻尼力等进行分析,获取油气悬架输出特性的数学模型。基于数模模型,应用Simulink搭建油气悬架输出特性的仿真分析模型,获取车辆前后悬架的行程范围;选取输入激励信号频率在(0.5~10)Hz、幅值在(5~50)mm之间,不同参数进行分析,获取激励参数对输出特性的影响规律;搭建1/4车辆油气悬架试验台架,施加周期性外部激励,获取试验测试和模型仿真的输出特性关键参数,以验证数学模型和仿真模型的可靠性。结果可知:输入激励幅值不变,当频率增大时,压缩状态,输出力变化较小,最大值保持不变;而伸长状态,变化加快,最小值减小,极值均出现在平衡位置;当输入激励频率不变,而幅值增加时,压缩状态,输出力变化较小,最大值增加;伸长状态,变化加快,最小值减小,出现在平衡位置附近;试验和仿真的加速度均方根值基本一致;功率谱密度的频率值与输入值保持一致,均为1Hz,而仿真幅值略大于实测值;输出力曲线,仿真结果与试验结果相差不大;输出力特性参数误差较小,均小于5%;结果表明所建立的数学模型及仿真模型的准确性,能够比较准确的预测分析油气悬挂缸的输出力特性,为此类设计提供参考。

关键词：车辆单气室油气混合悬架输出特性模型试验台架

油气悬架囊式蓄能器真实气体多变指数模型建立及验证

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农业工程学报 2019年第20期35卷 10-16页

作者：王云超魏彬杨岳霖集美大学机械与能源工程学院

蓄能器内氮气多变过程模型的精度是影响油气悬架系统特性分析的关键因素之一。为了更加精准地描述蓄能器内氮气的真实多变过程,该文利用蓄能器试验台开展了蓄能器不同振幅和频率的正弦激励试验,通过试验数据综合分析发现氮气体积压缩率... 详细信息

蓄能器内氮气多变过程模型的精度是影响油气悬架系统特性分析的关键因素之一。为了更加精准地描述蓄能器内氮气的真实多变过程,该文利用蓄能器试验台开展了蓄能器不同振幅和频率的正弦激励试验,通过试验数据综合分析发现氮气体积压缩率和体积压缩速率与气体压力呈一定线性关系。在此基础提出了一种基于体积压缩率和体积压缩速率的真实气体多变指数模型。为了验证模型的正确性和准确性,通过蓄能器试验数据对提出的多变指数模型中的2个变量系数进行辨识和模型仿真结果的对比验证,并利用6个悬挂缸的整车油气悬架系统试验平台对模型进行试验验证,结果表明:仿真预测结果与试验数据的平均误差为5.12%,最大误差小于10.9%,满足工程设计的要求。该囊式蓄能器的气体多变指数模型为更加准确研究油气悬架系统真实特性奠定了基础。

关键词：车辆试验模型悬架蓄能器迟滞环