人车路系统振动的时域控制模拟及其频谱分析

论文摘要

车辆悬架系统的主动、半主动振动控制的研究与应用被认为是人车路振动分析研究的重大突破,它突破了传统的车辆设计方法即仅依靠人为调整悬架弹簧、阻尼而改变结构自身性能的方法发展为由振动控制系统主动或半主动地控制车辆结构的动力响应。虚拟激励法的研究与应用解决了传统随机振动分析中的计算效率低下的问题,其基本原理是将随机振动的问题用代数理论的方法来求解,比传统计算方法快捷简便,易为工程人员所接受。本文建立了人车路模型,采用磁流变阻尼器（MRFD）,设计了半主动控制悬架,进行了人车路振动控制仿真分析,得出了较好的结果;并且还将此系统运用虚拟激励法进行了振动分析,得到了一些非常有意义的结论。首先在路面频域传统输入的模型上建立了基于虚拟激励法表示的平稳单激励和多激励的路面随机输入;在时域分析模型中,建立了匀速平稳时域输入模型和变速非平稳输入模型,这些为下面的分析奠定了基础。其次,针对人车路模型,分别应用模糊控制理论和最优控制理论,设计了以磁流为控制量,以车身加速度、车身速度为控制目标的模糊控制器和以人体加速度、车身加速度、悬架动行程与轮胎的动位移为控制目标的最优控制器,编制了时程仿真MATLAB语言程序,应用该程序对匀速、变速两工况下振动控制效果进行比较。仿真结果表明,半主动控制系统可以改善车辆平顺性,提高人体舒适性,减少车对路的作用力,对于深入分析路面结构动力响应有非常重要作用。最后,在虚拟激励法的基础上,建立了动力学模型,推导了车辆非匀速运动行驶的时-空频率关系,得到了车辆非平稳响应的瞬时功率谱,考察了变速车辆行驶的平顺性。仿真结果表明,虚拟激励法求解人车路振动响应,尤其对于非平稳随机输入下的振动分析,简便快捷,省时省力,是一种非常有用的研究方法。本文在人车路系统的振动分析方面做了两点创新性工作:（1）针对不同的振动模型,分别设计了模糊和LQG控制律为基础的控制器,并依此对人车路系统在匀速和变速两种运动工况下受路面激励的振动进行了有效的控制,可供类似的人车路系统进行主动、半主动控制分析和设计时参考。（2）应用虚拟激励法,针对人车路系统的变速行驶工况下的振动问题进行了分析,得出了各部位的加速度谱和速度以及空间频率之间的关系,并且得到了加速度均方值随速度变化的关系,这些在实际应用中是很有意义的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车的平顺性研究
• 1.1.1 汽车的平顺性及其研究意义
• 1.1.2 影响汽车平顺性的因素
• 1.1.3 平顺性的评价
• 1.1.4 汽车平顺性研究的方法
• 1.1.5 国内外汽车平顺性研究动态
• 1.2 人车路研究的国内外现状
• 1.3 Matlab/Simulink 软件简介
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 路面对汽车激励的频域和时域内建模
• 2.1 引言
• 2.2 路面频域传统输入模型
• 2.2.1 频谱
• 2.2.2 路面空间谱密度
• q（n）与时间谱密度G_q（f） 的转化关系'>2.2.3 空间谱密度G_q（n）与时间谱密度G_q（f） 的转化关系
• 2.2.4 路面谱获取的一般方法
• 2.3 运用虚拟激励法表示路面随机输入
• 2.3.1 虚拟激励法基本原理
• 2.3.2 运用虚拟激励法表示路面随机输入
• 2.4 时域输入模型
• 2.4.1 匀速平稳随机振动时域输入模型
• 2.4.2 变速非平稳随机振动时域输入模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统振动的时域控制模拟
• 3.1 概述
• 3.2 系统模型的建立
• 3.2.1 数学模型建立方法
• 3.2.2 悬架模型建立方法
• 3.3 智能控制器
• 3.3.1 磁流变阻尼器和电流变阻尼器的比较
• 3.3.2 磁流变阻尼器基本工作原理
• 3.4 车辆时域控制算法
• 3.4.1 模糊控制算法
• 3.4.2 LQG 控制算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于虚拟激励法的系统频谱分析
• 4.1 概述
• 4.2 人车路模型建立
• 4.3 虚拟激励法在匀速人车路系统分析中的应用
• 4.3.1 虚拟激励法在动载荷计算中的应用
• 4.3.2 不同速度对人车路动载荷的影响
• 4.3.3 不同路面不平度对人车路动载荷的影响
• 4.3.4 降低车辆动载荷的方法
• 4.4 虚拟激励法在变速人车路系统分析中的应用
• 4.4.1 变速非平稳随机振动分析
• 4.4.2 模型分析
• 4.4.3 计算效率的比较
• 4.4.4 实例计算
• 4.5 基于逆虚拟激励法的荷载识别
• 4.5.1 概述
• 4.5.2 逆虚拟激励法的基本原理
• 4.5.3 实例计算
• 4.6 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文