基于聯(lián)合仿真的饋能懸架協(xié)調(diào)控制研究

蔣亦棟

江蘇大學(xué)汽車學(xué)院

基于聯(lián)合仿真的饋能懸架協(xié)調(diào)控制研究

蔣亦棟

江蘇大學(xué)汽車學(xué)院

以饋能型半主動(dòng)懸架系統(tǒng)為研究對象，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真研究，搭建饋能性半主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了天棚加地棚控制算法，在上述基礎(chǔ)上搭建了Simulink和Admas聯(lián)合仿真模型，仿真結(jié)果符合饋能型半主動(dòng)懸架預(yù)計(jì)效果。

摘要：聯(lián)合仿真；饋能型半主動(dòng)懸架；天棚加地棚控制

引言：

饋能型懸架是一種能夠回收振動(dòng)能量的新懸架系統(tǒng)。其最基本的工作原理就是用饋能阻尼替代傳統(tǒng)被動(dòng)阻尼，將原本被耗散掉的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀辉俅卫玫哪芰浚右曰厥铡Ｔ撓到y(tǒng)不但能降低燃油消耗、減少污染物的排放，而且還能提高車輛性能。該技術(shù)為未來汽車懸架系統(tǒng)電動(dòng)化提供了一種新的設(shè)計(jì)思路[1-2]。

本論文以饋能型半主動(dòng)懸架為研究對象，建立了饋能型半主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上搭建了Simulink和Admas聯(lián)合仿真模型，為有效優(yōu)化懸架的饋能性，引入天棚加地棚控制算法對設(shè)計(jì)懸架進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，仿真結(jié)果與預(yù)計(jì)相符。

1、饋能型半主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)建模

將整車簡化為二自由度的單輪動(dòng)力學(xué)模型，如圖1所示。

圖1 半主動(dòng)饋能懸架系統(tǒng)單輪模型

依據(jù)建立的懸架單輪模型，得到系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程如式(1)所示：

其中m2為系統(tǒng)的懸掛質(zhì)量，m1為系統(tǒng)的非懸掛質(zhì)量，q為路面輸入位移，k為彈簧剛度，kt為輪胎剛度，c0為傳統(tǒng)阻尼器的阻尼系數(shù)，F(xiàn)M為直線電機(jī)的電磁阻尼力，G0為路面不平度系數(shù)，w(t)為均值為零的高斯白噪聲，v0為車速，f0為下截止頻率。

2、天棚加地棚控制

饋能懸架系統(tǒng)的半主動(dòng)控制采用天棚加地棚的控制策略，控制的原理如圖2所示。基于簧載和非簧載質(zhì)量得到的理想作動(dòng)力如式(2)所示。

圖2 饋能懸架半主動(dòng)控制原理圖

通過天棚加地棚的控制策略得到理想的電機(jī)參考作動(dòng)力Fref，與電機(jī)的電磁阻尼系數(shù)ki相除便得到繞組參考電流iref，輸送至半主動(dòng)回路控制器，經(jīng)運(yùn)算輸出兩路脈沖信號(hào)控制半主動(dòng)回路，使得電機(jī)繞組中的實(shí)際電流跟蹤理想的參考電流。

3、聯(lián)合仿真

基于Simulink/ADmas仿真環(huán)境搭建了饋能型半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的單輪模型，針對B級(jí)和C級(jí)路面輸入車速分別為10m/s、20m/s四種工況進(jìn)行了聯(lián)合仿真，仿真分析了饋能型半主動(dòng)懸架的饋能特性，其仿真以針電機(jī)輸出端電壓和繞組電流作為懸架饋能效率評(píng)價(jià)指標(biāo)。仿真時(shí)間10s。仿真結(jié)果如表1所示。

表1 電機(jī)輸出端電壓和繞組電流的均值及最大值

由表1可知，電機(jī)繞組中電流的變化趨勢與直線電機(jī)輸出端電壓一致。隨著車速的增加，直線電機(jī)輸出端電壓和繞組電流的值逐漸增大；隨著路面輸入工況的惡化，直線電機(jī)輸出端電壓和繞組電流的值逐漸增大。

4、結(jié)論

以饋能型半主動(dòng)懸架系統(tǒng)為研究對象，建立了Simulink和Admas聯(lián)合仿真模型，引入天棚加地棚控制算法對懸架饋能性進(jìn)行控制，仿真結(jié)果與預(yù)期相符。

[1]張勇超，喻凡，顧永輝，等.汽車電動(dòng)懸架的減振與饋能特性試驗(yàn)驗(yàn)證[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.6： 874-877.

[2]陳星.基于電磁執(zhí)行器的智能懸架能量回收研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

[3]于長淼，王偉華，王慶年.饋能懸架阻尼特性及其影響因素[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，40(6)：1482-1486.