【摘 要】
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悬架系统关系到车辆的舒适性、安全性等动力学性能。被动悬架因其控制参数固定,难以有效改善车辆在多变路况下的动力学性能。主动悬架虽然能够大幅提升车辆垂向动力学性能,但是系统结构复杂,且需要消耗额外能量,难以在汽车上普及。半主动悬架采用低能耗作动器,能够有效协调系统能耗与动力学性能之间的矛盾关系,得到了专家学者们的高度关注。但是,现有关于半主动悬架控制的研究都忽略了执行器响应时滞对车辆动力学控制效果的影
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悬架系统关系到车辆的舒适性、安全性等动力学性能。被动悬架因其控制参数固定,难以有效改善车辆在多变路况下的动力学性能。主动悬架虽然能够大幅提升车辆垂向动力学性能,但是系统结构复杂,且需要消耗额外能量,难以在汽车上普及。半主动悬架采用低能耗作动器,能够有效协调系统能耗与动力学性能之间的矛盾关系,得到了专家学者们的高度关注。但是,现有关于半主动悬架控制的研究都忽略了执行器响应时滞对车辆动力学控制效果的影响。如果在进行控制器设计时不考虑时滞效应的影响,将会导致控制器的输出与执行器的输入失去一致性,使得系统反馈环节失效,从而恶化控制系统的工作效能,增加被控对象本身不稳定的系统其闭环系统不稳定的风险。针对以上研究不足,本文以磁流变半主动悬架为研究对象,提出了一种考虑执行器响应时滞的H∞控制策略,以有效改善执行器响应时滞对动力学控制效果造成的负面影响。本文的主要研究内容如下:首先,搭建了1/4磁流变半主动悬架特性试验台架并进行了台架试验,根据特性试验数据建立了磁流变阻尼器Bingham模型,在此基础上构建了时滞磁流变半主动悬架模型,并以离散凸块路面模型和连续随机路面模型作为悬架系统输入。然后,针对磁流变阻尼器响应时滞,提出了一种时滞依赖H∞鲁棒控制方法。采用Lyapunov法分析了时滞半主动悬架系统稳定性,并利用锥补线性化迭代算法和最小二乘法得到了系统临界响应时滞。同时,设计了用于对比分析的时滞独立H∞鲁棒控制方法。随后,搭建了磁流变阻尼器开环控制系统,测试了磁流变阻尼器实际响应时滞,设计了一种PI控制算法,改善了磁流变阻尼器的电磁响应特性,从而降低了磁流变阻尼器的整体响应时滞,使其小于理论临界时滞,并由此确定了时滞依赖H∞鲁棒控制器增益,在此基础上进行了凸块路面和随机路面下的仿真对比分析,仿真结果验证了控制策略的有效性。最后,搭建了1/4磁流变半主动悬架试验台架,进行了凸块路面和随机路面下的动力学对比试验。两种工况下的试验结果与仿真结果一致,验证了仿真结果的正确性以及所设计时滞依赖H∞鲁棒控制器在改善执行器响应时滞方面的有效性。仿真与试验结果一致表明:采用时滞依赖H∞鲁棒控制策略可切实改善时滞效应影响下车辆的动力学性能。具体地,相比于被动悬架,凸块路面工况下时滞依赖H∞鲁棒控制半主动悬架的三个性能指标(车身加速度、悬架动行程和车轮动载荷)分别优化了22.60%、20.43%和0.87%,相比时滞独立H∞鲁棒控制分别优化了7.29%、6.57%和-2.31%;B级路面下相比被动悬架分别优化了15.25%、25.74%和0.64%,相比时滞独立H∞鲁棒控制分别优化了3.85%、11.76%和0.01%。
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