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原文传递基于功率驱动阻尼策略的车辆惯性悬架自适应控制研究

论文题名：	基于功率驱动阻尼策略的车辆惯性悬架自适应控制研究
关键词：	汽车惯性悬架;自适应控制;滚珠丝杠式机电惯容器;功率驱动阻尼策略
摘要：	作为新型两端点的质量元件，惯容器的引入打破了传统悬架固有的“弹簧-阻尼器”结构形式，形成基于“惯容器-弹簧-阻尼器”结构网络的新型惯性悬架系统，丰富了车辆悬架设计理论体系。根据机电模拟理论，类比于电路元件的电容器，惯容器具有“通高频、阻低频”特性，可有效改善车身偏频处的振动传递特性，但在车身偏频以上频段的振动抑制效果不显著。为进一步改善车辆惯性悬架车身偏频以上频段的振动传递特性，本文将能够抑制车辆中、高频段车身加速度幅值的功率驱动阻尼（Power Driven Damper，PDD）策略与惯性悬架相结合，设计滚珠丝杠式机电惯容器，构建车辆可控惯性悬架主动控制机制，实现惯性悬架宽频域（低频段至高频段）振动抑制，提升车辆的乘坐舒适性，为可控惯性悬架的研究提供新的思路与方法。　　首先，建立天棚阻尼策略与加速度驱动阻尼（Acceleration DrivenDamper，ADD）策略的惯性悬架模型，仿真分析其对于车身加速度的改善效果。从能量的角度研究惯性悬架系统中各元件功率的传递规律，设计惯性悬架的PDD控制算法，再分别与天棚阻尼策略、ADD策略进行对比，发现应用PDD策略的惯性悬架能极大地改善车身加速度性能，实现车身偏频以上频段的振动抑制且不存在ADD策略中的“振荡”现象。因此，本文构建基于PDD策略的惯性悬架参考模型，研究控制策略中阻尼系数对惯性悬架性能输出的影响规律。采用粒子群优化算法并综合悬架系统的性能约束条件寻求理论最优模型参数，为可控惯性悬架的动态建模奠定基础。　　其次，构建考虑车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的模型参考自适应控制机制，将惯性悬架的综合控制问题转化为跟踪基于PDD参考模型性能输出问题，实现可控惯性悬架的协调控制。通过建立参考对象与被控对象的数学模型，利用李雅普诺夫稳定性定理设计系统自适应律以修正被控系统的状态。在MATLAB中搭建系统控制器，进行可控惯性悬架的隔振性能仿真，在车速分别为10m/s、20m/s和30m/s的随机路面输入条件下，车身加速度均方根值相比于传统被动悬架下降了31.6%、31.4%和31.1%。从频域角度分析，可控惯性悬架的车身加速度幅值在车身偏频及以上频段均明显小于传统被动悬架和被动惯性悬架，有效改善了车辆的行驶平顺性。　　最后，通过对滚珠丝杠副和旋转电机的选型，研制滚珠丝杠式机电惯容器原理样机，在INSTRON液压伺服激振台上进行力学性能测试，验证所研制的惯容器符合理论设计要求。在此基础上，搭建四分之一可控惯性悬架试验系统进行台架试验，在不同路面输入下测试可控惯性悬架的性能。试验结果表明：在不同频率的正弦路面输入下，可控惯性悬架的车身加速度均方根值小于传统被动悬架及被动惯性悬架；在20m/s的随机路面输入下，可控惯性悬架的车身加速度均方根值相比于传统被动悬架降幅为29.9%，车身加速度幅值在低频段至高频段减小明显。试验结果验证了本文所研究的可控惯性悬架能提升车辆的隔振性能，实现更宽频域的振动抑制，改善车辆行驶平顺性。　　综上所述，本文利用惯性悬架可有效抑制车身偏频处振动的特性，结合PDD控制策略可改善车身偏频以上频段加速度幅值的优势，研究悬架的宽频域振动抑制，改善车辆可控惯性悬架宽频域的振动传递特性，大幅提升车辆的隔振性能，为可控惯性悬架的研究提供新的指导。
作者：	赵文涛
专业：	车辆工程
导师：	杨晓峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文