车辆节能型主动悬架的研究

论文摘要

悬架是汽车上的重要总成之一,其性能的优劣直接影响到整车平顺性、操纵稳定性和舒适性。传统的被动悬架由于其弹性和阻尼特性参数是固定不变的,所以对路面的适应性较差。工业发达国家于20世纪70年代便开始研究基于振动主动控制的主动、半主动悬架系统。众多学者对此做了大量的理论和实验研究。国内在80年代也展开了对这方面的研究。随着电子和控制技术的发展,已有一些产品应用于车上。由于这些主动悬架系统存在结构复杂、技术性高、成本昂贵、能耗大等缺陷,而未能在车辆上得到广泛应用。因此,在对现有悬架系统分析的基础上,结合振动主动控制理论,本文提出了一种新的主动悬架系统,来解决结构复杂和能耗大等问题,从而促进主动悬架系统的广泛应用。系统采用作动器与被动悬架并联的结构形式,作动器采用一种永磁无刷直线直流电动机。通过改变直线电机输出力的大小和方向来实现振动的主动控制,同时使直线电机在不同条件下处在发电或电动的工作状态回收再利用振动的能量,达到节能的要求。论文主要研究内容包括:1.建立了四分之一车辆悬架系统模型,根据选取的某SUV的一些给定参数,对主要零件进行具体分析和设计。在对相关被动悬架仿真的基础上,进行了零件的校核计算和可行性分析。2.建立了两自由度悬架系统的动力学模型,给出系统的控制问题及性能要求的描述,进而对该主动悬架的控制器进行了设计和研究。文中对两种不同的控制方法进行了对比分析。3.分析该主动悬架系统的能量转化关系,说明该悬架系统的节能原理。通过仿真分析,得出系统的节能效果。本文用MATLAB软件来对上述主动悬架系统和被动情况下的悬架系统进行仿真的。仿真结果表明,采用主动悬架有效的控制了汽车的振动,改善了汽车的行使平顺性。同时,当直线电机处在发电的工作状态时,回收并再利用了一些振动的能量,达到节能的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 汽车悬架系统的功能概述
• 1.2 悬架系统的分类和减振原理
• 1.3 悬架系统的发展趋势和问题
• 1.4 主动悬架技术的研究进展
• 1.5 主动悬架的发展趋势和论文研究的意义
• 1.6 论文的主要内容及研究方法
• 2 节能型主动悬架的设计
• 2.1 引言
• 2.2 节能型主动悬架的结构选择
• 2.3 路面输入模型
• 2.4 悬架系统的设计与分析
• 2.4.1 被动悬架系统模型与仿真
• 2.4.2 弹簧的设计与校核
• 2.4.3 阻尼器的选择
• 2.4.4 作动器的选择与设计
• 2.5 本章小结
• 3 悬架工作原理与能量转换
• 3.1 储能方式的分类
• 3.1.1 飞轮储能
• 3.1.2 液压储能
• 3.1.3 蓄电池储能
• 3.2 悬架的工作原理
• 3.3 悬架系统的能量传递与转化分析
• 3.3.1 直线电机作动器的能量转换分析
• 3.3.2 机电类比关系
• 3.3.3 节能型主动悬架的能量转化过程
• 3.4 本章小结
• 4 悬架的控制方法
• 4.1 控制策略
• 4.2 主动悬架动力学模型的建立
• 4.2.1 假设条件
• 4.2.2 悬架模型的建立
• 4.3 悬架系统的性能评价标准
• 4.4 外环控制策略
• 4.4.1 最优控制简介
• 4.4.2 控制器的设计与仿真分析
• 4.5 内环控制策略
• 4.5.1 动圈型无刷直线直流电机的特性分析
• 4.5.2 PWM控制方式的原理
• 4.6 本章小节
• 5 模糊控制策略
• 5.1 模糊控制概述
• 5.1.1 模糊控制理论简介
• 5.1.2 模糊控制的基本原理
• 5.1.3 模糊控制的优缺点
• 5.2 外环糊控制器的设计
• 5.2.1 模糊控制器的输入量与输出量的确定
• 5.2.2 模糊控制规则的设计
• 5.3 模糊控制器在MATLAB里的模糊逻辑工具箱中的实现
• 5.3.1 模糊逻辑工具箱的简介
• 5.3.2 定义输入输出变量
• 5.3.3 定义模糊控制规则
• 5.4 仿真分析
• 5.5 本章小节
• 6 悬架节能分析与仿真
• 6.1 节能机理分析
• 6.1.1 直线电机作动器的工作状态分析
• 6.1.2 节能策略的分析
• 6.2 节能的仿真分析
• 6.2.1 直线电机作动器的具体参数
• 6.2.2 仿真结果分析
• 6.3 本章小结
• 7 全文总结
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录