基于多體動力學(xué)理論的車輛主動懸掛的控制策略研究.pdf

1、懸掛系統(tǒng)是車輛動力系統(tǒng)的重要組成部分，性能良好的懸掛系統(tǒng)可以改善車輛的動態(tài)運行品質(zhì)，特別是隨著主動控制策略的介入，車輛懸掛系統(tǒng)從此發(fā)生了革命性的變化，實現(xiàn)了與現(xiàn)代控制策略和計算機信息技術(shù)的有機融合。然而，常規(guī)的基于主動懸掛的車輛系統(tǒng)動力學(xué)的研究通常是僅圍繞著主動控制策略及車輛結(jié)構(gòu)動力學(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來驗證，這無疑增大了研發(fā)成本，也延緩了產(chǎn)業(yè)化進程?；诙囿w理論的數(shù)字化虛擬樣機技術(shù)的發(fā)展及其在各行各業(yè)中

2、的應(yīng)用為主動懸掛車輛系統(tǒng)的快速設(shè)計、分析和優(yōu)化提供了有力的工具。 本文在教育部重點基金的資助下，借助于多體理論的最新成果一一虛擬樣機技術(shù)，完成了主動懸掛車輛動力系統(tǒng)的設(shè)計、分析和研究，即將傳統(tǒng)的主動懸掛的控制研究納入到現(xiàn)代多體動力系統(tǒng)的設(shè)計方法中，以虛擬樣機的形式來展現(xiàn)主動懸掛車輛系統(tǒng)在現(xiàn)在智能控制策略作用下的動態(tài)性能，并以全新的設(shè)計理念對主動懸掛的設(shè)計進行了新的構(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

3、，但車體輕量化后將會引起車輛在運行過程中的產(chǎn)生劇烈振動，嚴重地危害了車輛的運行品質(zhì)，因此研究基于輕量化車體的車輛系統(tǒng)的動力學(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，利用功能強大的有限元分析軟件ANSYS建立車體的有限元分析模型，同時利用ANSYS的內(nèi)核將柔性車體轉(zhuǎn)換為多體動力學(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、運行工況下的車體質(zhì)心的垂／橫動態(tài)響應(yīng)，為優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。 為實現(xiàn)車輛主動控制的需要，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懸掛動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型以及17自由度的車輛橫向主動懸掛動力學(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懸掛動力學(xué)研究和分析的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，同時，用數(shù)值模擬的方法得出了路面譜輸入的時域函數(shù)關(guān)系。 在控制策略的研究中，本文設(shè)計了一種具有可調(diào)

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

6、表明：軸外預(yù)見控制策略由于其具有嚴格的二次加權(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)計的控制器能夠?qū)④圀w的各種振動抑制在理想或較理想的范圍內(nèi)。 將基于多體動力學(xué)理論的現(xiàn)代虛擬樣機技術(shù)成功地引入到車輛虛擬樣機系統(tǒng)的建模及車輛動力學(xué)性能的分析計算中，對剛性車體的車輛系統(tǒng)運行平穩(wěn)性進行了詳細

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)，以虛擬樣機為平臺，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)的主動隔振的控制中，研究在主動控制策略作用下剛/柔耦合車輛系統(tǒng)隔振水平，并首次實現(xiàn)了基于柔性車體的垂向主動懸掛和橫向主動懸掛的車輛隔振研究。 本文作者建立了一個用于車輛整車主動隔振的模

8、擬試驗臺，并將高速開關(guān)閥技術(shù)應(yīng)用到車輛振動主動控制的模擬實驗研究中，同時本文還在實物車輛試驗臺上進行了基于滾動軌道譜式的整車車輛的主動隔振試驗，這兩種試驗都取得了良好的實驗效果，充分驗證了本文對復(fù)雜多自由度車輛系統(tǒng)進行主動隔振研究所用方法的正確性。 上述研究工作對于拓展車輛主動隔振的研究思路具有重要的參考價值和指導(dǎo)意義，為主動懸掛車輛系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化研究作了技術(shù)上的鋪墊，并為今后進一步開展車輛動力學(xué)性能的研究和控制提供了一條新的思路