基于聯合仿真的饋能懸架協調控制研究

蔣亦棟

江蘇大學汽車學院

基于聯合仿真的饋能懸架協調控制研究

蔣亦棟

江蘇大學汽車學院

以饋能型半主動懸架系統為研究對象，對其控制系統進行設計及仿真研究，搭建饋能性半主動懸架動力學模型，設計了天棚加地棚控制算法，在上述基礎上搭建了Simulink和Admas聯合仿真模型，仿真結果符合饋能型半主動懸架預計效果。

摘要：聯合仿真；饋能型半主動懸架；天棚加地棚控制

引言：

饋能型懸架是一種能夠回收振動能量的新懸架系統。其最基本的工作原理就是用饋能阻尼替代傳統被動阻尼，將原本被耗散掉的機械能轉變為可被再次利用的能量，加以回收。該系統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。該技術為未來汽車懸架系統電動化提供了一種新的設計思路[1-2]。

本論文以饋能型半主動懸架為研究對象，建立了饋能型半主動懸架動力學模型，并在此基礎上搭建了Simulink和Admas聯合仿真模型，為有效優化懸架的饋能性，引入天棚加地棚控制算法對設計懸架進行協調控制，仿真結果與預計相符。

1、饋能型半主動懸架動力學建模

將整車簡化為二自由度的單輪動力學模型，如圖1所示。

圖1 半主動饋能懸架系統單輪模型

依據建立的懸架單輪模型，得到系統的動力學微分方程如式(1)所示：

其中m2為系統的懸掛質量，m1為系統的非懸掛質量，q為路面輸入位移，k為彈簧剛度，kt為輪胎剛度，c0為傳統阻尼器的阻尼系數，FM為直線電機的電磁阻尼力，G0為路面不平度系數，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

饋能懸架系統的半主動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量得到的理想作動力如式(2)所示。

圖2 饋能懸架半主動控制原理圖

通過天棚加地棚的控制策略得到理想的電機參考作動力Fref，與電機的電磁阻尼系數ki相除便得到繞組參考電流iref，輸送至半主動回路控制器，經運算輸出兩路脈沖信號控制半主動回路，使得電機繞組中的實際電流跟蹤理想的參考電流。

3、聯合仿真

基于Simulink/ADmas仿真環境搭建了饋能型半主動懸架系統的單輪模型，針對B級和C級路面輸入車速分別為10m/s、20m/s四種工況進行了聯合仿真，仿真分析了饋能型半主動懸架的饋能特性，其仿真以針電機輸出端電壓和繞組電流作為懸架饋能效率評價指標。仿真時間10s。仿真結果如表1所示。

表1 電機輸出端電壓和繞組電流的均值及最大值

由表1可知，電機繞組中電流的變化趨勢與直線電機輸出端電壓一致。隨著車速的增加，直線電機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，直線電機輸出端電壓和繞組電流的值逐漸增大。

4、結論

以饋能型半主動懸架系統為研究對象，建立了Simulink和Admas聯合仿真模型，引入天棚加地棚控制算法對懸架饋能性進行控制，仿真結果與預期相符。

[1]張勇超，喻凡，顧永輝，等.汽車電動懸架的減振與饋能特性試驗驗證[J].上海交通大學學報，2008.6： 874-877.

[2]陳星.基于電磁執行器的智能懸架能量回收研究[D].重慶：重慶大學，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].吉林大學學報，2010，40(6)：1482-1486.