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原文传递受随机激励车辆非平稳行驶平顺性分析及控制研究

论文题名：	受随机激励车辆非平稳行驶平顺性分析及控制研究
关键词：	车辆系统;动力学建模;行驶平顺性;H∞控制;线性矩阵不等式
摘要：	随着当代车辆工业的迅速发展，世界汽车工业已取得了令人瞩目的成就，正朝着安全、舒适、环保、节能的方向前进，尤其是汽车乘坐的舒适性更是人们追求高品质生活的重要体现。汽车行驶平顺性是影响汽车乘坐舒适性的重要原因，因此，受随机激励车辆非平稳行驶的平顺分析和控制研究已经成为现在车辆设计者关注的问题。　　论文基于车辆行驶动力学理论，在对车辆系统动力学建模、车辆平顺性分析和车辆主动悬架控制分析的基础上，应用虚拟激励法、逆虚拟激励法、LMI理论以及鲁棒控制理论等对车辆平顺性、路面谱的识别、车辆动载的识别和主动悬架控制等进行了详细地分析，并在此基础上提出了新的建模、分析和控制方法。　　具体研究内容和取得的成果如下: 　　1.将虚拟激励法基本理论应用到单轮车模型和半车模型的非平稳行驶平顺性仿真分析中。由于半车模型的前后轮存在着滞后关系，因此可以把两点激励问题转化成单点非平稳行驶激励问题，建立了两点车辆非平稳行驶路面虚拟激励模型，给出了虚拟激励法在非平稳行驶平顺性仿真中的具体应用，比较了虚拟激励法和傅里叶方法的不同特点，结果表明了应用虚拟激励法进行汽车行驶平顺性仿真分析与傅里叶方法具有等价性，并且是完全可行的。　　2.将逆虚拟激励法基本原理应用到随机路面谱的识别上。用确定性方式求解了平稳随机振动的路面谱识别问题。即已知车辆振动部分响应的自谱与互谱，反求出路面的多点激励间的自谱与互谱。通过采用逆虚拟激励法和奇异值分解法的结合，在一定程度上克服了频响函数在近固有频率附近的病态，并且充分利用了逆虚拟激励法简洁、高效的特点，提高了计算效率，同时以相干函数和频响函数为依据来判断本方法的可行性。克服了早期的路面谱研究方法的费力、耗时多、不经济、所得路面不平度对应的功率谱密度与给定的功率谱密度相比都存在一定误差的缺点。　　3.将逆虚拟激励法基本原理应用到车辆的随机动载识别上。采用逆虚拟激励法推导建立了半车振动模型的随机动载识别公式方法。根据半车模型的前轮在不同速度，不同路面上的垂直加速度响应谱，对车辆的随机动载进行了计算机仿真。研究表明，根据前轮的响应模拟出的车辆随机动载能较好地反映车辆在不同速度、不同路面上的变化规律。　　4.将逆虚拟激励法基本原理应用到车辆的平顺性分析上。在未知路面上采用逆虚拟激励法进行车辆平顺性分析，只要给出车辆垂直振动系统的一个频率响应，则使用本文提出的方法研究车辆的平顺性是完全可行的。该方法简单易懂，避免了构建路面激励的难题。　　5.以单轮三自由度车辆模型为研究对象，分析了车辆悬架设计参数变化对人体垂直加速度、车身垂直加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的影响，对于主动悬架的设计提供了理论支持。　　6.研究了主动悬架鲁棒状态反馈控制问题。以无穷范数作为闭环系统性能输出的优化指标，并基于系统耗散不等式的性质，针对车辆非平稳行驶问题，提出一种能有效抑制被控输出、满足约束条件下的不变域约束法。克服了以往的悬架控制研究都针对汽车匀速行驶工况，但汽车在实际行驶过程中多处于非平稳的运行状态，如加速超车、减速制动等实际状态。应用H∞鲁棒控制理论，基于线性不定式(LMI)优化技术，对车辆非平稳行驶状态下的四分之一车辆模型和半车模型的主动悬架进行了控制研究。并且分别从频域特性、时域特性和模型参数不确定性等方面给出了主动悬架控制系统和被动悬架系统的仿真比较。结果验证了该方法的实用性和有效性。
作者：	张丽萍
专业：	机械设计及理论
导师：	郭立新
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文