商用车能量回收主动座椅悬架研究

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座椅悬架起到减缓驾驶员振动、提高行驶平顺性的作用,广泛应用于商用车领域中。主动座椅悬架通过外部供能使作动器向座椅输出控制力,相比被动座椅悬架大大提升了行驶平顺性。为了解决主动座椅悬架能耗过高的问题,本文设计了一款具有能量回收功能的馈能式主动座椅悬架,完成了其动力学建模、控制器设计与仿真、样机设计与软件在环仿真,从平顺性、经济性等角度对其进行了分析。(1)建立了基于车辆四自由度模型的座椅悬架系统动力学模型及其主动作动系统模型。通过研究座椅悬架的传递特性,匹配其刚度并优化其阻尼系数。建立座椅悬架摩擦模型,通过座椅整机摩擦实验测量并辨识系统摩擦力。建立直流电机作动器及剪叉传动机构的数学模型。(2)设计了馈能式主动座椅悬架的控制算法与硬件电路结构,并完成了仿真。算法控制方面,基于现代控制理论的LQR、H∞等算法,利用直流电机作动器的驱动状态建立座椅悬架的主动控制算法模型,同时基于天棚阻尼控制理论,利用直流电机作动器的馈能状态建立了能量回收控制算法模型,并使控制器根据反馈在主动控制模式与能量回收模式间自动判别选择;硬件控制方面,建立直流电机作动器的电流滞环控制模型,并设计满足双模式切换控制的硬件电路拓补结构。通过系统控制仿真验证该综合控制策略在平顺性与经济性上的提升。(3)完成了主动座椅悬架样机的设计制造,与系统软件在环(SIL)仿真的验证。基于本文设计的馈能式主动座椅悬架,完成其样机的机械结构设计与制造、电路硬件搭建、传感器与控制器的选型;将控制算法通过嵌入式代码生成器写为C语言,模拟实际控制器完成对数字模型的控制,并与纯数字仿真结构进行对比分析,验证所设计的控制算法硬件实现的有效性。
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