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电磁混合主动悬架内分泌复合天地棚控制研究

寇发荣 景强强 马建 张凯 陈晨

寇发荣,景强强,马建, 等. 电磁混合主动悬架内分泌复合天地棚控制研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(10):1615-1623 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190314
引用本文: 寇发荣,景强强,马建, 等. 电磁混合主动悬架内分泌复合天地棚控制研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(10):1615-1623 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190314
Kou Farong, Jing Qiangqiang, Ma Jian, Zhang Kai, Chen Chen. Reserach on Endocrine Compound Skyhook and Groundhook Control of Electro-magnetic Hybrid Active Suspension[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(10): 1615-1623. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190314
Citation: Kou Farong, Jing Qiangqiang, Ma Jian, Zhang Kai, Chen Chen. Reserach on Endocrine Compound Skyhook and Groundhook Control of Electro-magnetic Hybrid Active Suspension[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(10): 1615-1623. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190314

电磁混合主动悬架内分泌复合天地棚控制研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190314
基金项目: 国家自然科学基金项目(51775426)、陕西省重点研发计划项目(2020GY-128)及西安市碑林区应用技术研发类项目(GX1928)资助
详细信息
    作者简介:

    寇发荣(1973−),教授,博士,研究方向为车辆动力学与控制,koufarong@xust.edu.cn

  • 中图分类号: U463.33

Reserach on Endocrine Compound Skyhook and Groundhook Control of Electro-magnetic Hybrid Active Suspension

  • 摘要: 为了改善汽车平顺性与操纵稳定性,且实现振动能量回收,设计了一种基于电磁直线混合作动器(EMLHA)的主动悬架系统。根据汽车行驶工况将悬架运动划分为经济、安全、舒适和综合这4种模式;将包含长反馈与短反馈的内分泌控制与天地棚控制相结合,提出了一种内分泌复合天地棚控制策略;采用加权优化函数与能耗最低优化函数确定了悬架不同模式下最优天地棚阻尼系数,并设计了内分泌控制规律,在随机路面进行时频域仿真分析。结果表明:相比天地棚控制,内分泌复合天地棚控制减振效果更优,对变化参数仿真具有较好的适应性,改善了汽车平顺性与操纵稳定性,且回收了部分振动能量。
  • 图  1  EMLHA悬架作动器结构

    图  2  车辆二自由度混合悬架模型

    图  3  电磁阀减振器速度特性试验

    图  4  电磁阀减振器速度特性试验拟合曲线

    图  5  EMLHA悬架系统多模式控制框图

    图  6  基于行驶工况的悬架工作模式划分

    图  7  内分泌复合天地棚控制结构框图

    图  8  舒适模式参数优化分析

    图  9  多模式下随机路面输入

    图  10  各悬架指标时域响应

    图  11  各悬架指标频域响应

    图  12  初始参数下直线电机馈能功率

    表  1  参数辨识结果

    $k$0123
    ${b_k}$9 6148 905−810−11.45
    ${c_k}$26 240−18 980−8 941 10.16
    ${d_k}$−95 21617 28824 203 1.86
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    表  2  各模式典型工况设计

    行驶工况模式划分速度/$({\rm{km} }\cdot {\rm{h} }^{-1} )$路面
    中低速平坦路面经济模式40C
    中高速粗糙路面安全模式80D
    中高速平坦路面舒适模式80C
    中低速粗糙路面综合模式40D
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    表  3  车辆初始参数

    参数数值
    簧载质量${m_s}/{\rm{kg}}$400
    非簧载质量${m_u}/{\rm{kg}}$37
    弹簧刚度${k_s}/{\rm{(N} } \cdot { {\rm{m} }^{ {\rm{ - 1} } } }{\rm{)} }$12 000
    轮胎刚度${k_t}/({\rm{N} } \cdot { {\rm{m} }^{ {\rm{ - 1} } } })$150 000
    电磁阀减振器基值阻尼系数${c_0}/({\rm{N} } \cdot {\rm{s} } \cdot { {\rm{m} }^{ {\rm{ - 1} } } })$580
    直线电机推力系数${K_i}/({\rm{N}} \cdot {{\rm{A}}^{{\rm{ - 1}}}})$78.54
    直线电机反电动势系数${K_e}/{\rm{(V}} \cdot {\rm{s}} \cdot {{\rm{m}}^{{\rm{ - 1}}}}{\rm{)}}$68.42
    直线电机线圈内阻$R/\Omega $10
    直线电机馈能回路内阻$r/\Omega $2
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    表  4  不同模式权重系数取值

    工作模式${\lambda _1}$${\lambda _2}$
    经济模式 0.5 0.5
    安全模式 0.3 0.7
    舒适模式 0.7 0.3
    综合模式 0.5 0.5
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    表  5  多模式参数优化结果

    工作模式天棚阻尼系数/$({\rm{N} } \cdot {\rm{s} } \cdot { {\rm{m} }^{ {\rm{ - 1} } } }) $地棚系数/$({\rm{N} } \cdot {\rm{s} } \cdot { {\rm{m} }^{ {\rm{ - 1} } } }) $
    经济模式 750 550
    安全模式 650 950
    舒适模式 1 550 450
    综合模式 1 150 650
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    表  6  内分泌控制器参数

    模式${K_1}$${K_p}$${K_i}$${K_d}$${K_2}$
    经济 2.52 0.36 0.000 48 0.000 012 0.66
    安全 2.65 0.36 0.000 68 0 1.52
    舒适 2.56 0.358 0.000 8 0.000 01 0.78
    综合 2.55 0.38 0.000 8 0 1.3
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    表  7  各悬架指标时域输出均方根值及控制效果

    初始参数仿真变化参数仿真
    模式 性能指标 悬架类型 控制效果/% 悬架类型 控制效果/%
    被动 天地棚
    控制
    内分泌复合天地棚 天地棚
    控制
    内分泌复合天地棚 被动 天地棚
    控制
    内分泌复合天地棚 天地棚
    控制
    内分泌复合天地棚
    经济 $a/({\rm{m}} \cdot {{\rm{s}}^{ - 2}})$ 1.6933 1.444 1.3935 −14.7 −17.7 1.2470 1.0774 1.0387 −13.6 −16.7
    ${f_{{d} } }/{\rm{m} }$ 0.0404 0.0377 0.0376 −6.7 −6.9 0.0448 0.0416 0.0415 −7.1 −7.4
    ${F_{{d} } }/{\rm{N} }$ 751.9 666.9 644.4 −11.3 −14.3 737.8 652.9 629.3 −11.5 −14.7
    安全 $a/({\rm{m}} \cdot {{\rm{s}}^{ - 2}})$ 4.7893 4.1858 4.0182 −12.6 −16.1 3.5203 3.0873 2.9605 −12.3 −15.9
    ${f_{{d} } }/{\rm{m} }$ 0.1144 0.1076 0.1073 −5.9 −6.2 0.1266 0.1189 0.1187 −6.1 −6.2
    ${F_{{d} } }/{\rm{N} }$ 2126.7 1726.9 1652.4 −18.8 −22.3 2083.4 1720.9 1643.8 −17.4 −21.1
    舒适 $a/({\rm{m}} \cdot {{\rm{s}}^{ - 2}})$ 2.3945 1.8294 1.7073 −23.6 −28.7 1.7637 1.3827 1.3102 −21.6 −25.7
    ${f_{{d} } }/{\rm{m} }$ 0.0572 0.0519 0.0517 −9.3 −9.6 0.0634 0.0574 0.0572 −9.5 −9.8
    ${F_{{d} } }/{\rm{N} }$ 1063.4 929.4 906.0 −12.6 −14.8 1043.5 920.4 901.6 −11.8 −13.6
    综合 $a/({\rm{m}} \cdot {{\rm{s}}^{ - 2}})$ 3.3862 2.7902 2.5904 −17.6 −23.5 2.4936 2.0772 1.9226 −16.7 −22.9
    ${f_{{d} } }/{\rm{m} }$ 0.0809 0.0726 0.0725 −10.2 −10.3 0.0897 0.0792 0.0791 −11.7 −11.8
    ${F_{{d} } }/{\rm{N} }$ 1503.8 1290.3 1260.2 −14.2 −16.2 1475.7 1270.6 1229.3 −13.9 −16.7
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    表  8  各悬架指标平均功率谱密度共振频段峰值量化及控制效果

    类型 不同频段/Hz 性能指标 悬架类型 控制效果/%
    被动 天地棚控制 内分泌复合天地棚 天地棚控制 内分泌复合天地棚
    初始参数仿真 4 ~ 8 ${a^{APSD} }/({({\rm{m} } \cdot { {\rm{s} }^{ - 2} })^2} \cdot { {\rm{H} }_{\textit{z} } }^{ - 1})$ 2.417 1.616 1.318 −33.14 −45.47
    $f^{APSD}_d/({ {\rm{m} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{z} } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 1.96×10−3 1.57×10−3 1.56×10−3 −19.89 −20.41
    $F^{APSD}_d/({ {\rm{N} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{z} } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 4.78×105 2.41×105 2.16×105 −49.58 −54.81
    8 ~ 12.5 ${a^{APSD}}/({({\rm{m} } \cdot { {\rm{s} }^{ - 2} })^2} \cdot { {\rm{H} }_{\textit{z} } }^{ - 1})$ 1.226 0.894 0.714 −27.08 −41.76
    $f^{APSD}_d/({ {\rm{m} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{ {\textit{z} } } } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 6.7×10−4 5.2×10−4 4.7×10−4 −22.39 −29.85
    $F^{APSD}_d/({ {\rm{N} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{z} } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 2.34×105 1.07×105 1.06×105 −54.27 −54.70
    变化参数仿真 4 ~ 8 ${a^{APSD} }/({({\rm{m} } \cdot { {\rm{s} }^{ - 2} })^2} \cdot { {\rm{H} }_{\textit{z} } }^{ - 1})$ 2.149 1.465 1.186 −31.83 −44.81
    $f^{APSD}_d/({ {\rm{m} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{z} } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 2.23×10−3 1.82×10−3 1.69×10−3 −18.39 −24.22
    $F^{APSD}_d/({ {\rm{N} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{z} } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 4.39×105 2.33×105 2.01×105 −46.92 −54.21
    8 ~ 12.5 ${a^{APSD}}/({({\rm{m} } \cdot { {\rm{s} }^{ - 2} })^2} \cdot { {\rm{H} }_{\textit{z} } }^{ - 1})$ 1.262 0.8847 0.7094 −29.89 −43.79
    $f^{APSD}_d/({ {\rm{m} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{ {\textit{z} } } } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 6.3×10−4 5.0×10−4 4.9×10−4 −20.63 −22.22
    $F^{APSD}_d/({ {\rm{N} }^2} \cdot { {\rm{H} }_{\rm{z} } }^{ {\rm{ - 1} } })$ 2.59×105 1.47×105 1.31×105 −43.24 −49.42
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-26
  • 网络出版日期:  2020-11-07
  • 刊出日期:  2020-10-05

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