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原文传递商用车座椅悬架阻抗控制研究

论文题名：	商用车座椅悬架阻抗控制研究
关键词：	商用车;座椅悬架;阻抗控制;等效质量;等效刚度
摘要：	商用车驾驶员需要长时间在驾驶室工作，受车辆振动影响很大，且商用车基本使用减振效果不太好的被动悬架，导致大量商用车驾驶员出现相关的职业病。被动悬架不能同时兼顾舒适性和操纵稳定性，并且悬架参数一旦确定就无法改变，不能在不同路面不同车速下都保持良好的性能。相比于半主动悬架只能产生与速度方向相反的力以做负功消耗振动能量，主动悬架产生的主动力既能做正功又能做负功，可以更好地提高乘坐舒适性。　　机电比拟是本文的思想来源。机械中的质量、弹簧、阻尼和电学中的电感、电容、电阻在微分方程中有着相同的表达形式。因此将质量、弹簧、阻尼这些量同样以电学中阻抗的概念命名。阻抗是系统的属性，反映环境力与系统运动的关系。阻抗控制就是给予系统与外界环境的接触处一个虚拟的阻抗，控制算法中的参数具有实际的物理意义。阻抗控制在上世纪80年代被提出后被大量应用于机械臂中，至今鲜有将阻抗控制应用于悬架中的研究。相比其他改变悬架系统阻尼的控制算法，阻抗控制还可以改变悬架系统的等效质量和等效刚度，因此在商用车座椅悬架中应用阻抗控制是非常有意义的工作。　　本文从主动座椅悬架模型及路面激励、阻抗控制算法开发及缩比悬架试验验证三个部分展开，主要内容及结论如下：　　首先，建立了随机路面、凸块路面、扫频正弦路面作为路面激励，并且将商用车模型简化为六自由度模型，画出了六自由度模型在不同路面激励下的驾驶室位移即座椅悬架的输入位移。　　之后，考虑到座椅垂向振动引起的减振器安装角度变化，推导出减振器的等效阻尼力。分析剪式座椅结构，剪杆将电机旋转运动转换为座椅垂向运动，悬架竖直力与电机输出力矩的关系。根据回路电压平衡方程，建立了旋转电机模型。并且分析电机的工作模式，提出在短接制动的电机工作模式下进行悬架半主动控制的方案。分析座椅悬架振动频域特性，得到悬架的刚度和阻尼参数范围，提高了阻抗控制中的参数选择的效率。　　随后，介绍了阻抗控制的控制策略，分别是基于力的阻抗控制和基于位置的阻抗控制。设计了主动阻抗控制器、半主动阻抗控制器和变阻抗控制器。根据阻抗参数对悬架性能指标的影响，设计了阻抗参数与悬架运动状态的函数。为了确定阻抗参数，使用粒子群优化算法优化阻抗参数。考虑到座椅悬架簧上质量的变化，使用递推最小二乘法估计簧上质量。然后对比阻抗控制，变阻抗控制，LQR控制悬架与被动悬架在时域和频域的仿真结果。　　最后，搭建缩比悬架试验台，包括激励电机供电及控制系统、试验台、作动电机供电及控制系统，分别验证了随机路面和正弦路面激励下悬架的不同阻抗特性效果。
作者：	张伟
专业：	车辆工程
导师：	庄晔
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023