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原文传递串联油气弹簧式DVRS主动悬架及其非线性控制系统设计

论文题名：	串联油气弹簧式DVRS主动悬架及其非线性控制系统设计
关键词：	汽车主动悬架;油气弹簧;非线性动力学;控制系统
摘要：	主动悬架具有改善包括平顺性及操纵稳定性在内的车辆综合性能的巨大潜力，是目前汽车技术领域研究的热点之一。作动器是主动悬架中输出主动控制力的重要部件，液电式作动器具有功率密度高、承载能力大、抗冲击能力强等优点，部件可柔性连接使其方便在车辆上布置。然而，如果采用传统一级减振悬架构型，液电式作动器工作时会产生较大等效惯性力，而放大作动器的需求控制力，进而导致传统液电式主动悬架的预期功能无法实现。为克服采用传统一级减振悬架构型作动器需求控制力被放大的难题，本文在提出了串联油气弹簧式DVRS(dual vibration reduction structured,简称DVRS)主动悬架方案的基础上，对此新型悬架进行了非线性动力学建模，进而设计对应的基于前馈反馈线性化的非线性LQG控制器。内容及成果如下：　　首先，针对特定的应用车型及其常用行驶工况，在计算串联油气弹簧式DVRS主动悬架的液压缸、液压泵/马达、蓄能器以及永磁同步电机等主要功能部件的工作能力需求的基础上，结合现有产品的规格，选定满足工作能力要求的液压缸、蓄能器以及永磁同步电机等功能部件型号，并制作出了串联油气弹簧式DVRS主动悬架的物理样机，为下一步非线性动力学建模提供实物研究对象。　　其次，对主动减振结构和附加减振结构进行了力学特性解析得知上述二减振结构具有由蓄能器内气体变化引起结构型非线性刚度，且液压泵/马达在半主动/主动工作模式下的泄露导致主动减振结构具有时变型非线性的等效惯性质量及直线-旋转运动转化传动比，并据此建立了1/4车串联油气弹簧式DVRS主动悬架的非线性动力学模型，为其非线性控制系统的建立打下基础。　　再次，针对悬架系统结构与时变非线性因素会影响控制效果，通过将实际刚度、等效惯性质量及直线-旋转运动转化传动比相对于对应理想值的误差视作干扰，完成非线性动力学模型的线性化，结合最优控制方法及前馈反馈线性化原理，在设计专用非线性LQG控制系统求取理想主动控制力的基础上，减去主动减振结构控制力非线性干扰项从而得到实时主动控制力，为后续串联油气弹簧式DVRS主动悬架性能的评估奠定基础。　　接着，通过MATLAB/Simulink平台搭建被动悬架、无等效惯性质量的传统理想主动悬架以及改进的非线性LQG控制的串联油气弹簧式DVRS主动悬架的仿真模型，利用数值仿真从频域和时域这两个角度对悬架性能指标以及悬架综合性能进行对比分析。结果表明：串联油气弹簧式DVRS主动悬架无论在频域还是在时域中，其性能表现都远优于被动悬架，其簧载质量加速度的均方根值和功率谱密度以及悬架综合性能指标J都有明显降低；相对于传统理想主动悬架，串联油气弹簧式DVRS主动悬架有着相近的性能表现，甚至在簧载质量加速度与悬架综合性能指标上略有优势。　　最后，借助RCP控制器和计算机搭建硬件在环试验系统，对非线性控制策略进行硬件在环试验。其结果表明：硬件在环试验所得数值与数值仿真结果基本符合，验证了本文所设计的串联油气弹簧式DVRS主动悬架及其相应的非线性控制系统的合理性。
作者：	王石力
专业：	车辆工程
导师：	陈士安
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022