汽车半主动悬架系统振动和控制的理论与实验研究

发布时间：2020-09-11 11:29

　　随着人们对汽车行驶平稳性要求的提高,传统的线性被动控制悬架系统不能满足人们的需求,非线性半主动悬架成了目前的研究热点。本文主要研究了非线性半主动悬架时滞反馈控制理论并设计了一套实验模型,模拟分析汽车非线性被动悬架的振动特性。第一章综述了汽车悬架的发展历程、半主动悬架的研究现状和时滞反馈减振技术的前景。第二章将汽车悬架系统简化为单自由度系统,应用非线性时滞反馈控制对汽车车体垂向振动来进行控制。非线性模型引入了三次和五次刚度非线性。分别分析了汽车悬架系统参数、时滞反馈增益系数和时滞量对悬架系统垂向振动的影响。当系统的三次及五次刚度非线性系数越大时,系统弹簧的硬特性越明显,出现了共振峰偏移,系统幅度响应曲线出现多值现象。分析了时滞反馈控制当中的两个重要参数,时滞反馈增益系数和时滞量对系统振动的影响。对一固定的时滞反馈增益系数,存在一个时滞量的取值区间,使系统的振幅远低于被动控制系统,且在这个区间上会存在一个时滞点,使得系统振幅得到最大幅度的降低。第三章将第二章的单自由度模型拓展为两自由度模型,将汽车轮胎刚度和阻尼考虑进来,研究更真实也更复杂的汽车悬架系统模型。同样,在两自由度系统中,对一固定的时滞反馈增益系数,也存在一个时滞量的取值区间,使系统的振幅远低于被动控制系统。还分析了时滞反馈增益系数和时滞量对控制稳定性的影响,更高的时滞反馈增益系数配合最佳时滞量可以得到更好的振动控制效果,但却降低了最佳时滞量的取值范围,找出了选取最佳时滞反馈增益系数和最佳时滞点的协调关系。论文第四章设计了一个线性两自由度汽车悬架实验模型,模型系统参数,通过等比例缩小一般汽车1/4车体参数得到。介绍了实验模型的结构,和振动测试仪器的一些参数。通过模态测试和扫频分析得到该模型的模态频率和阻尼比,并和理论计算得到的模态频率对比,验证了实验模型符合设计预期。第五章在第四章线性实验模型的基础上,引入了永磁铁同间的互斥力,作为等效非线性刚度,构建了一个非线性的两自由度汽车悬架模型。通过模态测试和扫频分析,测得该模型的模态频率和阻尼比。实验测得永磁铁间的互斥力,通过曲线拟合得到互斥力的拟合方程,该拟合方程包含有三次项。而该模型系统的一阶二阶模态满足一比三,符合系统产生一比三内共振的条件。通过外激励定频为模型一阶和二阶模态的频谱图,验证了模型的一比三内共振。同时将该非线性模型定频激励时域图,和线性模型定频激励时域图对比,发现在非线性模型中,由于非线性模型中三次非线性的存在,系统存在内共振,使得非线性模型主系统和隔振器的振幅都比线性都大。本文通过理论分析了,将时滞反馈控制引入到汽车悬架半主动控制中的控制效果,为汽车半主动悬架系统控制提出一个新研究思路。同时,通过实验建模,设计了一套两自由度汽车非线性悬架的实验模型,具有一定的工程实践参考价值。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.33
【部分图文】：

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图 2.1 单自由度汽车悬架模型示，m表示汽车车体质量，k 表示线性弹簧刚度系数，且力和位移之间的关系表示为：F 励表示为：0f (t ) F cos t，控制系统的时滞s 为时滞反馈增益系数，为时滞量。该系统非3 52 0( ) ( ) ( ) ( ) cos( )s t x t cx t f x t F t方程中时滞反馈控制项为 0，不再对该系统系统，便于与 0sf 的半主动控制模型进行对系统变量进行无量纲化，令：

幅频曲线,幅频曲线,参数,时滞反馈

南昌航空大学硕士学位论文第二章单自由度汽车非线性半主动悬架时滞反馈控制2.3.1 被动减振系统当时滞阻尼系数 0sf 时，系统不再受时滞反馈控制，成为被动减振系统，系统各参数对主系统的影响如下。动力学方程如下：2 3 5 2 20 2 0 1 23 5( ) (2 2 )4 8 a a a a a F（2.25）在线性系统中，在外激励频率接近系统固有频率时，会让系统出现共振现象，振动幅度急剧增大。但在非线性系统中，由于非线性因素的存在，会使系统的幅频曲线得共振峰发生偏移。系统各参数的改变，对幅频响应曲线的影响如图 2.2和图 2.3 所示(无量纲外激励力 F =0.2)：

幅频曲线,幅频曲线,参数,滞量

(a)0 1 3 =2， =0.1， =0.1(b)0 1 2 =2， =0.1， =0.1图 2.3 系统各参数下幅频曲线2.3.2 半主动控制减振系统当时滞阻尼系数 0sf 时，为时滞反馈控制系统，动力学方程为式(2.24)。（1）时滞阻尼系数sf 对系统的影响时滞阻尼系数和时滞量为时滞反馈系统的两个重要参数，对直接影响着控制效果。选取无量纲系统参数：1 2 3 0 0.1， 0.1， 0.1， 2， F 0.2。图2.4为不同时滞量的幅频响应曲线，图2.5为不同时滞反馈增益系数sf 的幅频曲。从以上两图可以看出，无论是时滞量还是时滞反馈阻尼系数都会对系统造成影响。且从图 2.4 可以看出，时滞量增大使振幅增大，到一定程度会导致系

【参考文献】