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免充气轮胎-电磁主动悬架减振系统建模与鲁棒控制研究
| 论文题名： | 免充气轮胎-电磁主动悬架减振系统建模与鲁棒控制研究 |
| 关键词： | 免充气轮胎;电磁主动悬架;垂向振动;负效应;鲁棒控制 |
| 摘要： | 轮胎和悬架系统均是车辆底盘系统中重要组成部分，直接影响车辆的动力学性能。传统的充气轮胎由于存在易扎破、易爆胎以及不耐磨损等缺点，不符合未来汽车“更舒适、更安全、更节能”的发展趋势。将免充气轮胎引入乘用车中以代替传统充气轮胎，可以有效克服这一弊端。较传统充气轮胎，免充气轮胎径向刚度和轮胎质量均明显增大，从而，对车辆动力学性能造成了负面影响，这就为其在乘用车上的应用带来了困难。 为了解决上述问题，本文在国家自然科学基金面上项目（项目编号51975253）的支持下，以1/4悬架系统为研究对象，建立了免充气轮胎垂向力学特性数学模型，引入直线电机式电磁主动悬架，与免充气轮胎构成新型减振系统，并提出了一种基于增益切换的PSO（粒子群优化算法）-H∞/H2鲁棒控制方法以改善免充气轮胎车辆的动力学性能。本文的主要研究内容如下： 首先，构建免充气轮胎-电磁主动悬架减振系统动力学模型。通过产品试验分析法，获得免充气轮胎垂向力学特性，并根据分段多项式拟合方法，构建免充气轮胎径向刚度数学模型，结合1/4悬架系统动力学模型，建立新型减振系统垂向动力学模型。 其次，揭示免充气轮胎-电磁主动悬架减振系统垂向振动负效应及其形成机理。通过分析轮胎刚度变化和质量变化对悬架系统振动响应的影响机理，揭示了免充气轮胎对新型减振系统负效应的形成机理；分别从时域和频域，对比分析传统充气轮胎-被动悬架系统和免充气轮胎-被动悬架系振动响应的差异性，总结免充气轮胎对新型减振系统的负效应具体内容。 然后，进行免充气轮胎-电磁主动悬架减振系统鲁棒控制研究。基于新型减振系统的性能要求和控制需求，设计了一种多目标鲁棒控制方法，在此基础上，利用分段线性化方法处理轮胎刚度非线性问题，利用改进粒子群优化算法优化控制参数，基于Kalman状态观测器估计不可测的状态信号，从而提出一种基于增益切换的PSO-H∞/H2鲁棒控制方法。 最后，验证所设计控制方法的可行性和有效性。基于仿真分析，对不同等级随机路面下基于控制增益切换的PSO-H∞/H2鲁棒控制效果进行分析，并对所设计的状态观测器性能进行验证。同时，设计了硬件在环试验，试验结果和仿真结果几乎一致。仿真和试验均表明：所设计的控制方法不仅能有效遏制免充气轮胎对新型减振系统的负效应且可以显著改善悬架动力学性能的响应。 |
| 作者： | 盛富鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 汪若尘 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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