离散冲击路面下电磁阀式半主动悬架控制方法研究

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电磁阀式阻尼可调减振器,因为结构紧凑、性能可靠、控制简单等优点,成为半主动悬架控制领域研究的一大热点。但是在电磁阀式半主动悬架的控制的研究中依然存在着一些不足:电磁阀式减振器内部结构复杂,其阻尼力模型精度不够;单一的控制算法难以适应实际复杂的行驶工况。因此本文从问题出发,对电磁阀式减振器的内部结构和工作行程进行分析,建立其阻尼力机理模型。在此基础上,针对离散冲击路面,提出基于瞬时频率的路面识别方法,设计天棚和地棚控制算法的切换控制策略。随后,通过高精度车辆动力学模型仿真验证控制方法的有效性。最后,完成实验台架信号的硬件设计,完善了四分之一半主动悬架实验环境,为后续模型和控制算法的台架验证准备了硬件条件。本文首先分析了电磁阀式阻尼可调减振器的内部结构和工作行程,分别建立油液流经各个阀系的液压模型和数学模型,进而根据流体力学理论,综合得到压缩行程和复原行程的数学模型。利用MATLAB编写程序,仿真得到减振器的阻尼特性曲线。最后对电磁阀式减振器和磁流变减振器的阻尼特性曲线进行对比,分析其阻尼特性,为后续控制策略的设计提供参考模型。针对离散冲击路面,车轮与坑或包接触期间和车轮通过坑或包时的簧上质量振动特征是不一样的,因而对悬架控制系统也提出了不同的要求。为此,本文探索车轮所处离散冲击路面状况的识别方法,为采用不同的控制算法提供车路耦合激励信息。提出将动行程信号作为特征信号,计算动行程的瞬时频率,对离散冲击路面进行实时定性识别。通过单减速带路面和连续减速带路面的仿真分析,验证了识别方法的可靠性。车辆在离散冲击路面上行驶,车轮与坑包接触期间,受车路耦合瞬态激励作用下的簧上质量高频振动,车轮驶离坑包后,车路耦合激励消失,簧上质量低频自振。对于车路耦合瞬态激励作用下的簧上质量振动抑制宜采用较软的阻尼力控制,而对于簧上质量的自振宜采用较硬的阻尼力控制。通过时域和频域的仿真分析,天棚控制和地棚控制在两种工况下各有优势,提出基于天棚地棚的切换控制策略,利用路面识别结果提供切换点。通过高精度车辆动力学模型仿真验证了切换控制策略可以综合天棚和地棚的控制效果,改善了车辆的乘适性。为了后续进一步验证切换控制在实际工作中的控制效果,本文基于电液伺服式减振器性能实验台架,设计实验台架信号处理的硬件接口板,完善了四分之一半主动悬架的实验环境,完成硬件电路调试工作,信号处理电路满足台架实验测试的要求,为后续实验验证准备了硬件条件。
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