复合式电磁悬挂阻尼优化及控制

为解决传统馈能悬挂难以平衡减振及馈能需求,不具备失效-安全特性且电机馈能时存在低速下的死区情况的问题,设计了电磁作动器与磁流变减振器并联的复合式电磁悬挂及馈能电路,并建立了相应的数学模型;为对悬挂综合性能进行有效评价,建立了考虑馈能性的综合性能评价指标;根据对减振和馈能的侧重,设计重视乘坐舒适性、两者同等重视及重视馈能性能3种工况,分析了最优阻尼值及相应的阻尼调节方法;基于线性二次型最优(LQR)控制对3种工况下的减振及馈能性能进行了台架试验.结果表明:复合式电磁悬挂(CES)解决了传统馈能悬挂在系统失效下的无阻尼问题;通过设计直流/直流(DC/DC)升降压电路可实现稳定充电,解决了死区条件下无法馈能的问题;根据路况及需求对乘坐舒适性及馈能性的侧重调节,有效实现了减振及馈能的平衡.     

Improved ON-OFF Semi-active Control Algorithm and Its Performance Simulation Analysis

To improve the switching time of the control force in standard sky-hook ON-OFF semi-active control algorithm,a stateadjust coefficient was adopted in the improved ON-OFF( ION-OFF)algorithm. In considering of the riding comfort and the handling stability of vehicle, a comprehensive performance assessment criterion on suspension system was established with the utilization of the corresponding passive suspension system. Several simulations and analyses were conducted on improved ON-OFF semi-active suspension system with the comparison of passive suspension system and ON-OFF semi-active suspension system. The simulation results showed that the optimal comprehensive performance of the improved ON-OFF suspension system could be achieved when the state-adjust coefficient equalled 0. 6 as the vehicle running on C level road with the speed of 10 m/s,and the comprehensive performance was better than ON-OFF suspension system. Conclusions could be drawn from the frequency domain analysis that the performance of riding comfort and handling stability were both improved in the low resonance frequency and the mid-frequency range. The fact could be known that the comprehensive performance of the suspension system was associated with the frequency of the riding road and the sprung mass( SM) with the analysis of affecting factors.     

军用车辆悬挂馈能影响因素分析及馈能潜力试验

为解决现有研究中车辆悬挂馈能潜力存在较大差异、馈能影响因素的影响不一致,以及大多数的分析结果停留于仿真等问题,以某型军用轮式能源保障车为平台,通过建立理论模型,推导悬挂指标计算公式;并以某型履带式装甲车辆为对比,对馈能潜力及其影响因素进行仿真分析;并通过实车试验验证。结果表明:减小悬挂刚度或增加车轮刚度均有利于馈能;路面激励越大,馈能潜力越大;但同时会对乘坐舒适性造成影响。在C级及D级以上路面的部分工况下,整车可馈能功率达到百瓦级以上时,馈能更有价值;同等条件下,履带车馈能潜力为轮式车的4.374 2倍,馈能更适用于越野车、军用车及重型车辆。     

磁流变减振器优化设计及特性试验

针对某轻型军用轮式越野车辆的减振需求,设计磁流变减振器(Magneto-rheological Damper, MRD)代替原被动减振器。以平板模型推导MRD阻尼力模型,讨论了结构参数对阻尼力和可调系数的影响。针对结构参数难以确定的问题,采用多目标遗传算法(Multi-objective Genetic Algorithm, MOGA)对参数进行优化,并通过磁场分析进行验证。对MRD进行性能试验,并利用最小二乘法对建立的MRD多项式模型进行校验。结果表明：可调阻尼力与可调系数间呈反比关系,利用MOGA可有效优化MRD结构参数,试验结果与设计值基本吻合,所建立的MRD模型与试验结果一致性较好。     

单自由度磁流变阻尼实验台多控制算法仿真对比研究

建立了以加速度作为路面激励输入信号,且不考虑非悬置质量的履带车辆单自由度磁流变阻尼控制实验台动力学模型.选定状态变量,推导出悬挂系统状态方程和振动微分方程.依据现代控制理论,分别采用滑移模态控制和极点配置控制算法实现实验台动力学模型的仿真计算,对比分析了在三种不同采样频率下,两种不同控制算法的控制效果,并与被动控制效果进行比较.结果表明,两种算法都能很好地控制车体相对位移、相对速度和加速度,滑移模态控制效果更好.滑移模态控制不仅适用线性问题而且适用非线性问题,因此比极点配置更实用.最后分析确定了最佳仿真采样频率,为控制算法的实验台调试奠定了基础.     

磁流变减振器结构优化设计、性能试验及力学建模

针对某轻型军用轮式越野车辆的减振需求,设计磁流变减振器(magneto-rheological damper,MRD)代替原被动减振器。以平板模型推导MRD阻尼力模型,讨论了结构参数对阻尼力和可调系数的影响。针对结构参数难以确定的问题,采用多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm,MOGA)对参数进行优化;并通过磁场分析进行验证。对MRD进行性能试验;并利用最小二乘法对建立的MRD多项式模型进行校验。结果表明:可调阻尼力与可调系数间呈反比关系,利用MOGA可有效优化MRD结构参数,试验结果与设计值基本吻合,所建立的MRD模型与试验结果一致性较好。     

剪切阀式磁流变减振器力学特性实验研究

本文对剪切阀式磁流变减振器的结构和工作原理作了介绍,基于平板模型对其结构进行简化,采用叠加法得出了其阻尼力的理论计算模型。利用材料试验机(MTS)分别在不同电流、振幅、速度和频率等条件下,对自行研制的剪切阀式磁流变减振器的动态特性进行了实验研究,得出了相应的实验曲线。实验结果表明剪切阀式磁流变减振器具有优良的电控阻尼力特性,且振幅、速度和频率等因素对其阻尼力有着重要影响,另外也对其阻尼力的理论计算公式作了验证。     

一种改进的天棚半主动控制算法

针对传统天棚阻尼控制对参数可变的磁流变半主动悬挂系统不能进行有效控制的问题,设计了一种最小控制综合与天棚混合的控制算法;首先建立了理想天棚阻尼控制算法的模型,依据最小控制综合算法模型结构特点将理想天棚阻尼控制作为参考模型;然后依据磁流变阻尼器控制力特点,改进了最小控制综合算法的反馈控制方程,得到混合控制算法的控制律;最后对改进的算法进行了仿真分析;仿真结果表明,混合控制算法在悬挂系统参数发生变化的情况下能够有效降低车体加速度和车轮动载荷,具有较好的控制效果;所设计的改进的天棚半主动控制可以提高车辆的行驶平顺性,对被控系统参数的变化具有良好的适应性,具有较高的实用价值。     

齿轮齿条式作动器性能分析与试验

为提高车辆悬架系统的减振性能,设计了一种用于车辆主动悬架系统的齿轮齿条式作动器。首先理论分析了作动器响应时间的影响因素,然后推导了作动器主动控制力的计算方法,最后通过台架试验进行了验证。试验结果表明:作动器主动控制力的实际值与理论值之间偏差较小;且与电机的供电电流之间呈现较好的线性关系,与理论分析一致;电流变化的响应时间基本相同;但作动器主动出力的响应时间随电流的减小而增大,分析认为这是由作动器的空程间隙造成的。因此,在作动器的设计过程中应尽量避免或减小空程间隙。     

履带车辆磁流变减振器响应时间研究

磁流变减振器是应用磁流变液在强磁场下的快速可逆变特性而制造的一种新型振动控制装置,是履带车辆主动悬挂系统的核心部分。本文从理论上分析磁流变减振器响应时间的组成,在磁流变液的Bingham模型和流体力学的基础上,分析了流体流变响应时间的影响因素,提出了近似算法,并在磁流变减振器的实验基础上,作出阻尼力与位移的曲线图,求出阻尼力突变并达到稳定的响应时间。