基于大系統(tǒng)理論的時滯半主動懸架研究.pdf

1、懸架是車輛中的重要部件，對車輛的動態(tài)性能影響重大，所以有關(guān)改進懸架結(jié)構(gòu)和提高懸架動態(tài)性能的研究一直是車輛工程技術(shù)領(lǐng)域的熱點課題之一。由于被動懸架無法同時兼顧行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，所以自上世紀70年代以來，工業(yè)發(fā)達國家開始深入研究基于振動主動控制的主動／半主動懸架系統(tǒng)。這一領(lǐng)域的研究開發(fā)工作一直在不斷深入，在高檔車輛上已有主動和半主動懸架的應(yīng)用實例。近二十年來，基于阻尼可調(diào)控制的半主動懸架由于多方面的優(yōu)點而格外受到科研和工程技術(shù)人

2、員的重視。在我國，有關(guān)半主動懸架系統(tǒng)的研究開發(fā)工作起步較晚，許多學(xué)者對半主動懸架及其控制系統(tǒng)進行了一系列研究，但研究的廣度和深度與國外相比還有較大差距，許多關(guān)鍵技術(shù)尚未取得突破，還未見到較好的應(yīng)用實例。要解決半主動懸架實際應(yīng)用的瓶頸技術(shù)問題，就必須在半主動懸架的建模方法、控制理論及關(guān)鍵零部件設(shè)計上尋求突破。本文從半主動懸架系統(tǒng)中的時滯這一難點問題著手，針對反饋控制系統(tǒng)預(yù)料外的失穩(wěn)現(xiàn)象，將大系統(tǒng)理論與智能控制技術(shù)相結(jié)合，對半主動懸架及其控

3、制系統(tǒng)中的主要關(guān)鍵技術(shù)及其穩(wěn)定性、實時性和有效性進行了深入的研究。 首先，建立了含時滯的1／4車輛二自由度半主動懸架數(shù)學(xué)模型，分析了半主動懸架系統(tǒng)的失穩(wěn)機理，提出了含時滯半主動懸架的臨界時滯分析及計算方法；運用多項式判別原理，得到了系統(tǒng)失穩(wěn)的臨界時滯及其與減振器基值阻尼、可調(diào)阻尼之間的非線性關(guān)系，為半主動懸架系統(tǒng)的時滯控制奠定了理論基礎(chǔ)。 第二，針對以往在整車模型中無法考察半主動懸架系統(tǒng)時滯的難題，運用大系統(tǒng)理論，首次提

4、出了含時滯半主動懸架大系統(tǒng)的概念，建立了包含車輛前、后懸架四個子系統(tǒng)的含時滯半主動懸架整車數(shù)學(xué)模型，為半主動懸架系統(tǒng)建模及其控制研究提供了一種新的理論和方法。 第三，應(yīng)用大系統(tǒng)關(guān)聯(lián)穩(wěn)定性等理論，首次系統(tǒng)地推導(dǎo)了半主動懸架各個子控制系統(tǒng)及大系統(tǒng)遞階控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件，為設(shè)計具有較好魯棒穩(wěn)定性的半主動懸架及其控制系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。 第四，設(shè)計研制了一種新型可調(diào)阻尼減振器，通過試驗得到了可調(diào)阻尼減振器步進電機轉(zhuǎn)角和可調(diào)阻尼

5、力之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計了具有時滯補償控制的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子控制策略以及大系統(tǒng)遞階協(xié)調(diào)控制策略，降低了控制矩陣的階數(shù)，減少了由于單片機運算速度引起的系統(tǒng)計算時滯。實現(xiàn)了含時滯半主動懸架系統(tǒng)的集成控制。在此基礎(chǔ)上，針對1/4車輛和整車半主動懸架模型，分別開發(fā)了以C805l和LPC2138微處理器為內(nèi)核的半主動懸架控制器，為半主動懸架控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。 最后，在大量仿真計算分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了半主動懸架控制系統(tǒng)以

6、及采用樣車真實零部件的半主動懸架全真試驗臺，進行了半主動懸架系統(tǒng)的臺架試驗和實車道路試驗研究，并將試驗結(jié)果與仿真計算結(jié)果進行了對比研究。 仿真計算、臺架試驗及實車道路試驗結(jié)果基本吻合，研究結(jié)果表明本文設(shè)計的含時滯動態(tài)補償?shù)陌胫鲃討壹芟到y(tǒng)可使車身加速度峰值平均下降10％～15％、標準差平均下降14％～19％，使車輪加速度峰值平均下降9％～13％、標準差平均下降12％～18％，尤其在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量振動的兩個偏頻3Hz和10Hz附