发动机电磁式主动悬置隔振性能与自适应前馈控制研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengkemin
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为缓解能源短缺和改善环境污染,汽车节能减排成为汽车研发的重要任务之一。然而汽车的节能减排,如汽车轻量化、大功率发动机停缸(可变气缸)等技术的应用使发动机振动激励更加复杂,这提高了发动机悬置系统隔振性能的标准。在复杂的发动机工况下,要求发动机悬置能保持良好的振动衰减能力,满足消费者舒适性的需求。发动机电磁式主动悬置满足上述隔振减振要求。ECU产生控制信号,驱动发动机主动悬置作动器,产生与发动机激励振幅相同相位相反的抵抗力,衰减传向车身的发动机激励。随着发动机工况的改变,主动悬置可以实时调节发动机振动的抵抗力,满足悬置动刚度和阻尼特性的隔振要求。发动机电磁式主动悬置市场前景广阔,近年来的研究热度也越来越高。本文依托横向课题“南京依维柯客车NVH技术开发”(2012年9月-2015年12月)、“基于传递路径和响应的驱动桥NVH能力建设”(2016年10月-至2018年12月),和“C级轿车发动机主动悬置系统技术开发”(2016年10月-2019年12月),提出结合性能参数、结构参数、控制参数的发动机电磁式主动悬置的次级通道数学模型:控制输入至主动悬置主动端的次级通道数学模型、控制输入至主动悬置被动端的次级通道数学模型。将发动机电磁式主动悬置的控制输入至主动端的次级通道数学模型用于参数分析。将发动机电磁式主动悬置的控制输入至被动端的次级通道数学模型应用于Fx LMS自适应前馈控制,对电磁主动式发动机悬置进行控制研究。本文利用仿真与试验相结合的方法,围绕电磁主动式发动机悬置的动特性和基于d SPACE的发动机电磁式主动悬置快速控制开展深入研究,主要研究内容如下:1、分析具有停缸技术的发动机激励。为更好的利用主动悬置控制衰减传递到车身的发动机激励,研究对主动悬置激励有影响的发动机悬置空间布置形式,分析三缸发动机和具有停缸技术的四缸发动机、六缸发动机和八缸发动机的激励。发动机停缸后,往复惯性力计算公式不变,倾覆力矩幅值和基频均变化。为发动机主动悬置应用自适应前馈控制衰减振动提供重要的依据。2、研究发动机主动悬置作动器的洛伦兹力和磁感应强度。应用等效磁荷法、等效电流法和有限元法,研究电磁作动器的圆柱形永磁体充磁方式对磁隙磁感应强度和输出电压的影响。根据等效磁路法推导磁阻解析表达式,进而推导单位横截面积的洛伦兹力表达式。通过有限元法,研究作动器磁隙磁感应强度和洛伦兹力随着作动器结构参数的变化规律,为圆柱形永磁体移动线圈作动器的结构设计提供参考。3、在建立发动机电磁式主动悬置次级通道的数学模型时,针对未考虑主动悬置连接质量、主动悬置与连接端的相对位移等实际工作运行状况,不利于主动悬置设计和控制的问题,根据发动机电磁式主动悬置结构和性能,提出主动悬置次级通道数学模型。实验验证主动悬置控制输入至主动悬置主动端的次级通道数学模型,分析主动悬置结构和性能参数对该次级通道数学模型幅值和相位的灵敏度。与传统次级通道数学模型相比,所建立的该次级通道数学模型需要考虑发动机质量与车架质量、频变特性、相对位移等影响,有助于缩短发动机主动悬置正向设计开发周期,并且为后续的优化工作提供便利。将推导的主动悬置控制输入至主动悬置被动端的次级通道数学模型应用于自适应前馈控制,为后续发动机电磁式主动悬置的控制开发提供有力支持。4、仿真比较自适应前馈控制算法的控制效果。根据提出的发动机电磁式主动悬置次级通道数学模型,搭建Fx LMS自适应滤波算法的单通道控制模型。在SIMULINK环境下,离线动态仿真LMS算法、归一化LMS算法(NLMS)、Sign-error LMS算法、Sign-data LMS算法和Sign-sign LMS算法为基础的自适应前馈控制,仿真结果表明,Sign-sign LMS算法为基础的自适应前馈控制收敛速度快,衰减效果好,能够为发动机电磁式主动悬置的控制实施提供可靠保障。5、针对在防振橡胶动特性试验机上,进行发动机电磁式主动悬置台架控制实验,不能准确反映主动悬置装车运行环境的问题,考虑轮胎与悬架的影响,设计更接近实车状况的双层隔振试验台架。以发动机电磁式主动悬置双层隔振试验台架,建立基于d SPACE的快速控制实验平台。基于MATLAB/Simulink/RTW,将Fx LMS自适应前馈控制,进行匀速发动机振动主动快速控制实验。试验结果表明,电磁式主动悬置实施控制后,其被动端频率60Hz处的振动加速度幅值衰减了约78%,频率60Hz的2倍谐波120Hz处和频率37Hz处,振动加速度幅值衰减明显。除频率50Hz外,电磁式主动悬置所有试验频率处的传递率都在20 d B以上。因此,发动机电磁式主动悬置不仅可以衰减高次谐波的模拟的发动机振动,也可以衰减非谐波的模拟的发动机振动,验证了Fx LMS自适应前馈控制的可行性,检验了电磁式主动悬置的隔振性能的有效性。
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