基于多體動(dòng)力學(xué)理論的車輛主動(dòng)懸掛的控制策略研究.pdf

1、懸掛系統(tǒng)是車輛動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分，性能良好的懸掛系統(tǒng)可以改善車輛的動(dòng)態(tài)運(yùn)行品質(zhì)，特別是隨著主動(dòng)控制策略的介入，車輛懸掛系統(tǒng)從此發(fā)生了革命性的變化，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)代控制策略和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的有機(jī)融合。然而，常規(guī)的基于主動(dòng)懸掛的車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究通常是僅圍繞著主動(dòng)控制策略及車輛結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究，理論研究的結(jié)果最終是要付諸于大量的物理試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，這無(wú)疑增大了研發(fā)成本，也延緩了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?；诙囿w理論的數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在各行各業(yè)中

2、的應(yīng)用為主動(dòng)懸掛車輛系統(tǒng)的快速設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化提供了有力的工具。 本文在教育部重點(diǎn)基金的資助下，借助于多體理論的最新成果一一虛擬樣機(jī)技術(shù)，完成了主動(dòng)懸掛車輛動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和研究，即將傳統(tǒng)的主動(dòng)懸掛的控制研究納入到現(xiàn)代多體動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，以虛擬樣機(jī)的形式來(lái)展現(xiàn)主動(dòng)懸掛車輛系統(tǒng)在現(xiàn)在智能控制策略作用下的動(dòng)態(tài)性能，并以全新的設(shè)計(jì)理念對(duì)主動(dòng)懸掛的設(shè)計(jì)進(jìn)行了新的構(gòu)思和規(guī)劃。 考慮車體輕量化是現(xiàn)代車輛發(fā)展的重要趨勢(shì)

3、，但車體輕量化后將會(huì)引起車輛在運(yùn)行過(guò)程中的產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重地危害了車輛的運(yùn)行品質(zhì)，因此研究基于輕量化車體的車輛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為已成為刻不容緩的任務(wù)。為了適應(yīng)這一發(fā)展要求，本文將剛性車體泛化為柔性車體，借助Craig-Bampton固定界面模態(tài)綜合法的分析方法，利用功能強(qiáng)大的有限元分析軟件ANSYS建立車體的有限元分析模型，同時(shí)利用ANSYS的內(nèi)核將柔性車體轉(zhuǎn)換為多體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS可以接受的模態(tài)中性文件格式，用以研究柔性車體在

4、運(yùn)行工況下的車體質(zhì)心的垂／橫動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。 為實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)控制的需要，本文建立了基于軌道譜的6自由度和9自由度的車輛垂向主動(dòng)懸掛動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型以及17自由度的車輛橫向主動(dòng)懸掛動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，并將軌道不平順譜函數(shù)作為路面輸入，建立了基于高速軌道譜輸入的用于車輛主動(dòng)懸掛動(dòng)力學(xué)研究和分析的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，同時(shí)，用數(shù)值模擬的方法得出了路面譜輸入的時(shí)域函數(shù)關(guān)系。 在控制策略的研究中，本文設(shè)計(jì)了一種具有可調(diào)

5、因子的模糊控制器，并進(jìn)行了主動(dòng)隔振的仿真研究。同時(shí)根據(jù)車輛自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和路面信息的獲取渠道，本文創(chuàng)新性地將最優(yōu)預(yù)見(jiàn)控制劃分為軸間預(yù)見(jiàn) 控制和軸外預(yù)見(jiàn)控制，并將這兩種控制策略應(yīng)用到車輛主動(dòng)懸掛的控制研究中，研究在兩種預(yù)見(jiàn)控制策略作用下車輛主動(dòng)避振性能，同時(shí)將模糊控制策略和預(yù)見(jiàn)控制策略結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建模糊預(yù)見(jiàn)控制器，在解決車輛中存在的非線性問(wèn)題的同時(shí)增加預(yù)見(jiàn)的功能，研究基于混合智能控制策略的車輛主動(dòng)避振性能。各控制策略的仿真研究結(jié)果

6、表明：軸外預(yù)見(jiàn)控制策略由于其具有嚴(yán)格的二次加權(quán)效應(yīng)，因此其隔振的效果為最佳，混合智能控制策略作為一種控制策略設(shè)計(jì)的新思路也取得了較好的隔振效果，另外包括可調(diào)因子的模糊控制和軸間預(yù)見(jiàn)控制在內(nèi)，所有的仿真研究結(jié)果都表明了本文所設(shè)計(jì)的控制器能夠?qū)④圀w的各種振動(dòng)抑制在理想或較理想的范圍內(nèi)。 將基于多體動(dòng)力學(xué)理論的現(xiàn)代虛擬樣機(jī)技術(shù)成功地引入到車輛虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的建模及車輛動(dòng)力學(xué)性能的分析計(jì)算中，對(duì)剛性車體的車輛系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性進(jìn)行了詳細(xì)

7、地分析。以車體結(jié)構(gòu)輕量化的前沿研究成果為背景，將第二章中用有限元的分析軟件ANSYS為工具所建立的柔性車體為基礎(chǔ)，并結(jié)合ADAMS/Rail Matlab的聯(lián)合仿真技術(shù)，以虛擬樣機(jī)為平臺(tái)，介入現(xiàn)代控制理論，創(chuàng)新性地將控制策略應(yīng)用到剛/柔耦合車輛系統(tǒng)的主動(dòng)隔振的控制中，研究在主動(dòng)控制策略作用下剛/柔耦合車輛系統(tǒng)隔振水平，并首次實(shí)現(xiàn)了基于柔性車體的垂向主動(dòng)懸掛和橫向主動(dòng)懸掛的車輛隔振研究。 本文作者建立了一個(gè)用于車輛整車主動(dòng)隔振的模

8、擬試驗(yàn)臺(tái)，并將高速開(kāi)關(guān)閥技術(shù)應(yīng)用到車輛振動(dòng)主動(dòng)控制的模擬實(shí)驗(yàn)研究中，同時(shí)本文還在實(shí)物車輛試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了基于滾動(dòng)軌道譜式的整車車輛的主動(dòng)隔振試驗(yàn)，這兩種試驗(yàn)都取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果，充分驗(yàn)證了本文對(duì)復(fù)雜多自由度車輛系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)隔振研究所用方法的正確性。 上述研究工作對(duì)于拓展車輛主動(dòng)隔振的研究思路具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義，為主動(dòng)懸掛車輛系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化研究作了技術(shù)上的鋪墊，并為今后進(jìn)一步開(kāi)展車輛動(dòng)力學(xué)性能的研究和控制提供了一條新的思路