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原文传递车辆ISD隔振系统动力学特性分析与控制策略研究

论文题名：	车辆ISD隔振系统动力学特性分析与控制策略研究
关键词：	汽车隔振;ISD结构;动力学特性;控制策略;操纵稳定性
摘要：	随着时代的快速发展，汽车行业更新换代的步伐也正在不断加快。人们对汽车的乘坐舒适度、行驶平顺度及操纵稳定度也提出了更高的要求。目前悬架系统和汽车座椅是汽车行驶过程中避免冲击和隔离振动的两个最有效手段之一。又由于被动悬架工作时存在性能之间的矛盾性。因此，有必要设计一种新型的隔振系统，既能够最大程度地降低汽车振动水平，又能够根据车辆在不同工况下自动改变悬架的特性。　　本文以“惯容器-弹簧-阻尼”(Inerter-Spring-Damper，ISD)构成的新型隔振结构为研究对象，围绕新型ISD隔振结构进行设计及物理样机制作，对ISD悬架进行动力学特性分析、灵敏度分析及参数优化，针对ISD座椅进行隔振性能评价，并对ISD隔振系统的控制策略对比分析及操纵稳定性等方面进行研究。论文的主要工作内容包括: 　　(1)基于二元件隔振机理和线性系统的叠加定理设计了新型ISD隔振结构，对其隔振性能进行分析，并且完成了物理样机的制作。建立仅考虑车体质量的单自由度隔振模型，采用机械阻抗方法和机电相似理论，对组成ISD结构的6种基础单元隔振机理进行分析;基于二元件ISD结构的隔振机理和线性系统的叠加原理提出了新型ISD结构，对其进行可靠性分析及隔振性能分析;对ISD隔振结构进行详细尺寸确定并完成了物理样机的制作。　　(2)将ISD结构应用于悬架系统，分别在时域和频域内进行动力学特性分析和参数灵敏度分析，并且采用遗传算法参数优化。建立含ISD悬架的四分之一车辆模型，在频域内推导了ISD悬架评价指标的传递函数，在时域内推导了它的状态空间方程;在频域内依次进行了频率特性分析及功率谱密度分析;在时域内采用国标规定的长坡形单凸块来分析它的低频共振情况，并且采用随机路面进行分析;采用均方根值法分析其元件参数对悬架性能的灵敏度;采用多目标遗传算法对其系统进行参数优化，并通过谱密度分析证明优化结果的有效性。　　(3)将ISD结构应用在汽车座椅中，建立了包含ISD结构的隔振系统模型，并将悬架部分与控制策略结合进行对比分析。建立包含ISD座椅和ISD悬架的隔振系统动力学模型;首先，通过加权振级分析、最大动挠度分析及实际路况对ISD座椅的隔振性能进行评价;其次，将PID控制器应用于ISD隔振系统，建立基于PID控制策略的ISD隔振系统仿真模型并且对PID控制器进行参数整定，研究汽车的综合性能改善情况;然后，将模糊控制器应用于ISD隔振系统，建立基于模糊控制策略的ISD隔振系统仿真模型，研究在非平稳激励下汽车的综合性能改善情况;随后，将模糊控制和PID控制结合，设计出模糊-PID控制器应用于ISD隔振系统，对其性能改善情况和控制效果进行分析;最后，采用包含平稳和非平稳激励的复杂行驶工况对三种控制策略下的ISD隔振系统进行分析，并且研究当隔振系统的参数发生改变时，分析三种控制策略的鲁棒性，选出最优控制策略。　　(4)建立了同时考虑转向输入和路面激励的含控制策略四分之一车ISD隔振模型，在转向工况下对其进行动力学分析，并且探讨了操纵稳定性的影响关系。首先，选取美国公路安全管理局规定的鱼钩试验工况，研究汽车在鱼钩试验工况下的性能改善情况;其次，选取实际情况中的超车工况进行仿真分析;最后，研究由于驾驶员操作不当对转向工况下汽车操纵稳定性的影响，主要包括车轮转向角、转向盘转速和车速的影响，为行车安全性提出合理的建议。　　本文基于二元件隔振机理和线性系统叠加定理提出了一种结构简单，便于应用的ISD结构，分别将其应用在悬架系统和座椅系统中，并且将悬架系统与控制策略相结合。在多种路况和行驶工况下进行研究，最大程度地降低了汽车在行驶过程中的振动水平，保证汽车在多种工况下都具有良好的综合性能。
作者：	沃旭
专业：	机械设计及理论
导师：	李小彭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019