基于大系統(tǒng)理論的時(shí)滯半主動(dòng)懸架研究.pdf

1、懸架是車輛中的重要部件，對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)性能影響重大，所以有關(guān)改進(jìn)懸架結(jié)構(gòu)和提高懸架動(dòng)態(tài)性能的研究一直是車輛工程技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題之一。由于被動(dòng)懸架無(wú)法同時(shí)兼顧行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的要求，所以自上世紀(jì)70年代以來(lái)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開始深入研究基于振動(dòng)主動(dòng)控制的主動(dòng)／半主動(dòng)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(dòng)和半主動(dòng)懸架的應(yīng)用實(shí)例。近二十年來(lái)，基于阻尼可調(diào)控制的半主動(dòng)懸架由于多方面的優(yōu)點(diǎn)而格外受到科研和工程技術(shù)人

2、員的重視。在我國(guó)，有關(guān)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究開發(fā)工作起步較晚，許多學(xué)者對(duì)半主動(dòng)懸架及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了一系列研究，但研究的廣度和深度與國(guó)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(shí)例。要解決半主動(dòng)懸架實(shí)際應(yīng)用的瓶頸技術(shù)問(wèn)題，就必須在半主動(dòng)懸架的建模方法、控制理論及關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)上尋求突破。本文從半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的時(shí)滯這一難點(diǎn)問(wèn)題著手，針對(duì)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(duì)半主動(dòng)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(shí)時(shí)性和有效性進(jìn)行了深入的研究。 首先，建立了含時(shí)滯的1／4車輛二自由度半主動(dòng)懸架數(shù)學(xué)模型，分析了半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的失穩(wěn)機(jī)理，提出了含時(shí)滯半主動(dòng)懸架的臨界時(shí)滯分析及計(jì)算方法；運(yùn)用多項(xiàng)式判別原理，得到了系統(tǒng)失穩(wěn)的臨界時(shí)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(dòng)懸架系統(tǒng)的時(shí)滯控制奠定了理論基礎(chǔ)。 第二，針對(duì)以往在整車模型中無(wú)法考察半主動(dòng)懸架系統(tǒng)時(shí)滯的難題，運(yùn)用大系統(tǒng)理論，首次提

4、出了含時(shí)滯半主動(dòng)懸架大系統(tǒng)的概念，建立了包含車輛前、后懸架四個(gè)子系統(tǒng)的含時(shí)滯半主動(dòng)懸架整車數(shù)學(xué)模型，為半主動(dòng)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(dòng)懸架各個(gè)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(jì)具有較好魯棒穩(wěn)定性的半主動(dòng)懸架及其控制系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。 第四，設(shè)計(jì)研制了一種新型可調(diào)阻尼減振器，通過(guò)試驗(yàn)得到了可調(diào)阻尼減振器步進(jìn)電機(jī)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(jì)了具有時(shí)滯補(bǔ)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(jī)運(yùn)算速度引起的系統(tǒng)計(jì)算時(shí)滯。實(shí)現(xiàn)了含時(shí)滯半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的集成控制。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)1/4車輛和整車半主動(dòng)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(dòng)懸架控制器，為半主動(dòng)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(jì)算分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)以

6、及采用樣車真實(shí)零部件的半主動(dòng)懸架全真試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車道路試驗(yàn)研究，并將試驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。 仿真計(jì)算、臺(tái)架試驗(yàn)及實(shí)車道路試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，研究結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的含時(shí)滯動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)陌胫鲃?dòng)懸架系統(tǒng)可使車身加速度峰值平均下降10％～15％、標(biāo)準(zhǔn)差平均下降14％～19％，使車輪加速度峰值平均下降9％～13％、標(biāo)準(zhǔn)差平均下降12％～18％，尤其在簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量振動(dòng)的兩個(gè)偏頻3Hz和10Hz附