基于超磁致伸缩作动器的车辆垂向振动主动悬架仿真研究

发布时间：2017-08-05 09:35

  本文关键词：基于超磁致伸缩作动器的车辆垂向振动主动悬架仿真研究

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【摘要】：高速车辆的迅猛发展给人们出行提供了诸多便利,为经济区域化的形成奠定了坚实的交通基础。与此同时,车辆运行过程的结构振动问题也随之加剧,引发了一系列的不良影响。改善转向架性能的主动控制方法是解决上述问题的主要途径之一,因此主动悬架控制系统的研究具有重要的研究价值且也必将成为未来悬架系统的主要发展方向。针对主动悬架中传统作动器结构复杂、耗能较大以及减振效果较差等问题,本文采用新型智能型超磁致伸缩作动器用于主动悬架系统,达到对车辆振动进行控制抑制,提高车辆运行平稳性、乘坐舒适性的目的,同时,本课题对延长车辆零部件和轨道路基的使用寿命、降低对周围环境的影响也具有重要的意义。首先,对引起车辆振动的根源进行系统的分析,利用离散傅立叶变换法将频域轨道谱转化成时域形式的轨道不平顺;另一方面,对超磁致伸缩作动器的工作机理、性能要求和结构设计进行研究。在分析车辆垂向振动原理和超磁致伸缩作动器伸缩特性的基础上,分别建立了6-DOF车辆垂向振动模型和超磁致伸缩作动器的动力学模型。其次,在提出将超磁致伸缩作动器作为车辆主动悬架的力发生器方案的基础上,利用基于频响函数的子结构法建立了作动器与悬架系统耦合关系模型,揭示了超磁致伸缩作动器作动规律和车辆垂向振动之间的耦合性和参数匹配关系;通过对超磁致伸缩作动器的动力学模型用于6-DOF车辆主动悬架模型中的力输出控制模型和位移输出控制模型分别进行分析,得出超磁致伸缩作动器能够满足车辆主动悬架中主动力的要求,但不能满足驱动位移要求,因此,本文设计了适用于超磁致伸缩作动器瞬时响应的位移放大机构,保证了一定的放大倍数,满足了超磁致伸缩作动器用于车辆主动悬架中的要求。最后,将位移放大机构与超磁致伸缩作动器模型相结合,对比研究了不同放大倍数对超磁致伸缩作动器控制效果的影响。并将位移放大机构与超磁致伸缩作动器模型连接于车辆主动悬架模型中,在MATLAB/Simulink中搭建基于超磁致伸缩作动器的车辆主动悬架控制模型,通过仿真对比分析主动悬架系统和被动悬架系统中的车辆振动响应控制状况,验证了将超磁致伸缩作动器用于车辆主动悬架中对车辆垂向振动进行抑制的效果。
【关键词】：超磁致伸缩作动器 车辆 垂向振动 主动控制
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 车辆主动悬架的研究现状10-11
• 1.2.2 超磁致伸缩材料在工业领域的应用和研究现状11-12
• 1.3 本文的研究内容12-14
• 2 轨道不平顺及舒适性指标14-22
• 2.1 前言14
• 2.2 轨道不平顺谱14-17
• 2.2.1 轨道不平顺谱分类14-16
• 2.2.2 轨道随机不平顺激扰谱16-17
• 2.3 轨道谱的时域转换17-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 超磁致伸缩作动器的性能分析22-28
• 3.1 前言22
• 3.2 超磁致伸缩作动器的工作机理22-24
• 3.3 作动器的整体结构设计24-27
• 3.3.1 材料选择25-26
• 3.3.2 几何参数的确定26
• 3.3.3 磁路设计26-27
• 3.3.4 预压力的设计27
• 3.4 本章小结27-28
• 4 振动主动控制的车辆悬架机构与超磁致伸缩作动器耦合系统28-57
• 4.1 前言28
• 4.2 车辆悬架与超磁致伸缩作动器耦合模型28-32
• 4.2.1 基于频响函数的动态子结构法29-30
• 4.2.2 超磁致伸缩作动器子系统30-31
• 4.2.3 车辆悬架/超磁致伸缩作动器耦合关系31-32
• 4.3 车辆垂向振动建模与分析32-39
• 4.3.1 车辆垂向被动减振模型的建立33-37
• 4.3.2 车辆垂向振动模型的时域分析37-39
• 4.4 超磁致伸缩作动器的动力学建模39-44
• 4.4.1 作动器静态模型建模40-42
• 4.4.2 作动器动态数学模型建模42-44
• 4.5 超磁致伸缩作动器与车辆悬架模型耦合关系分析44-52
• 4.5.1 力输出控制关系分析45-47
• 4.5.2 位移输出控制关系分析47-52
• 4.6 位移放大机构设计52-56
• 4.6.1 柔性铰链位移放大机构原理设计52-54
• 4.6.2 柔性铰链位移放大机构结构设计54-56
• 4.7 本章小节56-57
• 5 基于超磁致伸缩作动器的车辆主动悬架系统仿真研究57-74
• 5.1 前言57
• 5.2 基于作动器的主动悬架力学模型57-59
• 5.3 数据仿真分析59-73
• 5.3.1 车辆主动悬架系统仿真参数分析59-61
• 5.3.2 不同倍数的主动控制时域仿真61-67
• 5.3.3 主动、被动振动控制效果时域仿真67-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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本文编号：624240