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原文传递轮毂电机驱动汽车动惯性悬架垂向振动抑制与SH-PDD控制研究

论文题名：	轮毂电机驱动汽车动惯性悬架垂向振动抑制与SH-PDD控制研究
关键词：	轮毂电机驱动汽车;动惯性悬架;垂向振动;SH-PDD控制
摘要：	近年来，在日益严峻的能源供给与环境污染问题的影响下，电动汽车逐渐成为汽车产业发展的主流方向。其中，轮毂电机驱动汽车（Hub Motor Driven Vehicle，HMDV）被公认为未来电动车辆的理想构型。然而，其特殊结构配置形式将会带来一系列车辆动力学新问题，产生的垂向振动负效应将影响轮毂电机驱动汽车的舒适性和操稳性。　　针对轮毂电机驱动汽车垂向振动负效应抑制问题，本文以其关键子系统-轮毂电机驱动系统和悬架系统为研究对象，从车辆垂向运动核心部件-悬架系统切入，以车辆悬架动态响应为落脚点，提出了利用动惯性悬架来抑制垂向振动负效应的新思路，揭示了动惯性悬架的范式基础结构变化下的垂向运动惯性对垂向振动负效应的抑制机理，构建了混合天棚和功率驱动阻尼（Mixed Skyhook and Power Driven Damper，SH-PDD）控制律的动惯性悬架来抑制垂向振动负效应，并以SH-PDD动惯性悬架为参考模型设计了基于模型参考自适应控制的可控动惯性悬架，具体工作如下。　　首先，研究了轮毂电机驱动汽车机电耦合激励下垂向振动负效应对悬架平顺性与道路友好性的影响规律。依据轮毂电机驱动汽车车身、悬架和轮毂电机连接系统的构型特点，结合车辆系统动力学，构建了表征轮毂电机驱动系统不平衡径向电磁力扰动与车辆悬架系统的耦合模型，揭示了轮毂电机驱动系统机电耦合所产生负效应的作用机理，分析车辆垂向动力学在路面和不平衡径向电磁力的耦合激励下的动态响应，总结了轮毂电机驱动汽车垂向振动负效应的影响规律。　　其次，揭示了动惯性悬架范式结构与SH-PDD动惯性悬架的垂向运动惯性调节对垂向振动负效应的抑制机理。构建了动惯性悬架范式基础结构模型。通过线性递增各范式结构中惯质系数，来研究其对垂向振动负效用的影响规律，并筛选出性能优异的动惯性悬架范式结构。随后，利用粒子群优化算法进行参数优化，来进一步提升动惯性悬架的工作性能和抑制效果。此外，结合SH-PDD控制策略可以抑制车身全频域内振动的特性，搭建了SH-PDD动惯性悬架模型并推导出其控制律，分别在时域和频域下，分析SH-PDD动惯性悬架对垂向振动负效应的抑制效果。仿真结果表明：动惯性悬架范式结构的垂向惯性调节能力可以有效抑制轮毂电机驱动汽车垂向振动负效应，基于SH-PDD控制律的动惯性悬架可进一步降低车身加速度均方根值来提升舒适性。　　最后，完成了基于Popov超稳定性模型参考自适应控制（Model Reference Adaptive Control，MRAC）的可控动惯性悬架设计与性能分析，并开展了轮毂电机驱动汽车的可控动惯性悬架台架试验。基于Popov超稳定性理论，以SH-PDD动惯性悬架为参考模型，设计了模型参考自适应控制的轮毂电机驱动汽车可控动惯性悬架，得出了控制系统的自适应律。仿真结果证明所设计的可控动惯性悬架能够准确的追踪参考模输出去抑制垂向振动负效应。搭建了轮毂电机驱动汽车可控动惯性悬架试验台架，验证其对垂向振动负效应的仿真效果。试验结果表明：动惯性悬架的垂向惯性调节能力有效降低了正弦路面激励下的轮毂电机驱动汽车车身加速度均方根值和轮胎动载荷均方根值。在此基础上，基于Popov超稳定性模型参考自适应控制的可控动惯性悬架在提升乘坐舒适性方面的工作性能也得到了验证，达到了预期目标；在随机路面条件下，相较于传统悬架，轮毂电机驱动汽车的动惯性悬架车身加速度和轮胎动载荷均方根值分别改善了6.47%和15.83%；可控动惯性悬架的车身加速度均方根值改善了18.03%。验证了本文所提出的动惯性悬架和可控动惯性悬架可以有效的抑制轮毂电机驱动汽车垂向振动负效应。　　综上所述，本文所研究的动惯性悬架垂向运动惯性调节能力可以有效的抑制轮毂电机驱动汽车的垂向振动负效应，所提出的动惯性悬架范式结构以及SH-PDD动惯性悬架抑制效果明显，所设计的可控动惯性悬架提升了轮毂电机驱动汽车的舒适性和操稳性，为轮毂电机驱动汽车的垂向振动负效应抑制研究以及车辆悬架系统控制理论创新提供新的思路。
作者：	宋航
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：	2022