车辆半主动悬架非线性特性与控制算法研究

车辆悬架系统是保证车辆行驶平顺性和稳定性的关键部件,半主动悬架形式是悬架发展的一大方向,也是近年来研究的重点热点之一。本文主要就随机路面谱模型、磁流变减振器非线性建模、半主动悬架非线性特性和半主动非线性悬架控制策略这四个半主动悬架研究中的关键问题进行理论与实验研究,取得了如下一些进展： 提出一种能同时表征路面不平度和轮迹激励相干性的三维路面谱建模方法。基于二维路面谱模型,深入研究时间域内路面不平度的谐波叠加方法的原理,将其拓展到三维空间内,提出三维路面谱的建模方法,并对其进行数值仿真研究。频谱特性分析表明,该三维路面模型能够很好地模拟实际路面不平度并能有效描述车辆行驶中轮迹激励之间的相干性关系。 提出一种新的改进的磁流变减振器Bouc-Wen参数化模型。该模型解决已有的Bouc-Wen模型在低速下滞回环描述不准确,在高速下缺少滞回特性,并无法表述蓄能器造成阻尼力偏置的现象。并将最终的控制变量励磁电流引入了模型,通过实验数据的拟合和验证,表明改进的Bouc-Wen减振器模型能够更准确地磁流变减振器的滞环现象和阻尼外特性。 研究使用磁流变减振器的半主动悬架的非线性特性。根据得到的改进Bouc-Wen磁流变减振器模型,建立了四分之一改进Bouc-Wen悬架模型。对比了该非线性悬架与线性悬架的不同点,分析簧载质量、簧下质量、弹簧刚度、悬架阻尼等对非线性悬架整体动力学特性的影响。用混沌理论分析非线性悬架的振动特性,揭示其复杂多变的振动形式。而后通过相空间重构等手段,验证悬架系统在随机路面下存在混沌振动过程,为下一步的半主动悬架控制提供理论依据。 提出半主动最优天棚地棚混合控制策略。分析理想天棚阻尼、主动天棚阻尼、主动天棚地棚混合控制、半主动天棚地棚混合控制策略的控制特性,通过反馈线性化的方法,结合混沌VFC控制,设计出半主动悬架控制器,并在自主搭建的四分之一车辆悬架实验台架系统上验证了该控制策略的可实现性和有效性。经过正弦激励扫频试验和随机路面试验,结果表明该控制策略能很好地抑制振动对车身加速度和轮胎动位移的影响。