基于主动悬架控制轮边驱动电动车垂向振动研究

针对轮边驱动电动车存在的轮毂电机振动问题,以开关磁阻电机(SRM)为例,分析了电机垂向激励对车辆性能的影响。探讨分析不同车速工况下路面和电机两种耦合激励对轮边驱动电动车垂向动力学特性的影响。研究表明,电机激励对车辆垂向性能的影响主要集中在低车速范围。此时,电机激励频率接近悬架系统固有频率,容易引发车辆共振。鉴于电机激励具有的周期性特点,提出了基于FxLMS算法的主动悬架控制方法,进而抑制电机垂向激励产生的车辆垂向振动负效应,仿真分析验证了算法的有效性。     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律,以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明:电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大,悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之,座椅加速度的影响较小;在考虑电机激励的综合作用下,非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型,尤其以轮胎动载荷最为显著;汽车系统的非线性参数中,悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大,悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之,悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。     

随机路面激励下车辆垂向振动微分几何解耦控制

分析车辆悬挂与非悬挂质量动力学耦合机理,建立装备被动悬架的整车7自由度非线性模型,利用微分几何方法对该非线性模型受到随机路面激励时的垂向振动进行解耦分析。经过解耦的非线性系统成为独立的互不干扰的线性子系统,悬架簧上质量的振动不受路面激励的影响。进行解耦前后仿真对比分析,结果表明:解耦后的车身垂向加速度、车身俯仰角和侧倾角的振动幅值和频率大幅衰减,验证了解耦算法的有效性。     

动态减振轮毂驱动电动车半主动悬架系统优化控制

为抑制轮毂电机所导致的电动车悬架系统振动负效应问题,基于动态减振半主动悬架构型,在最优控制理论框架下,分别设计全状态反馈二次最优（LQR）控制器和部分状态反馈H∞最优控制器,并分别以簧上质量加速度、电机所受最大动态力、电机垂向振动加速度、悬架位移和轮胎动载荷最小为目标,利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对加权系数进行优化。仿真分析结果表明：通过合理参数优化设计,部分状态反馈H∞最优控制可具有与全状态反馈LQR控制基本相当的控制性能。     

基于显式模型预测控制的轮毂驱动电动车垂向振动研究EI北大核心CSCD

针对轮毂驱动电动车非簧载质量增大而引起的行驶平顺性和操纵稳定性恶化问题,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的主动悬架控制方法。建立由刚性环轮胎模型和空气悬架模型组成的四自由度系统模型,并确定车辆平顺性、稳定性和电机性能多目标函数及约束条件;基于多参数二次规划理论,将隐式模型预测控制系统转换为与之对应的显式多面体分段仿射(PPWA)系统,离线求解状态变量间的最优控制律,并运用参数分区上的显式控制律求得最优主动力。仿真结果表明:相较于被动悬架和运用天棚控制策略的主动悬架,基于EMPC理论控制的主动悬架对车身垂向加速度、轮胎动载荷和轮毂电机偏心距均方根值提升效果明显,改善了轮毂电机驱动电动车的行驶平顺性、操纵稳定性和电机性能。     

基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架模糊控制

针对磁流变悬架的非线性以及动力学模型的不确定性,提出一种基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架整车模糊控制策略。首先建立了基于磁流变减振器的整车动力学模型,并将车辆的振动控制分解垂向振动、俯仰、侧倾三个基本任务设计模糊控制器,进而设计了隶属函数和模糊控制规则;接着引入混合田口遗传算法实现对模糊控制器的隶属函数和模糊控制规则同时优化;最后进行实车道路试验来验证控制策略的有效性。试验结果表明,基于混合田口遗传算法的模糊控制能够降低确定路面激励下车身加速度峰峰值,降低随机路面激励下的加速度均方根值,显著提高车辆的平顺性,其控制效果要优于优化前的模糊控制策略。     

考虑系统不确定性的车辆主动悬架自适应模糊滑模控制

针对车辆主动悬架系统模型不确定性所引起的控制稳定性问题,提出了一种非线性主动悬架自适应模糊滑模控制策略。为提高车辆平顺性、确保汽车行驶安全性能,建立基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊方法的四分之一车辆悬架系统非线性动力学模型,将滑模控制与自适应理论结合设计合适的滑模面函数和滑模控制律,进而基于Lyapunov稳定性理论对所提出控制器稳定性进行分析。三种不同路面激励下的数值仿真结果表明,所提出的自适应模糊滑模控制器使被控悬架在外界路面扰动下具有更好的扰动抑制能力,车辆悬架综合性能得到明显改善。     

一种含螺旋飞轮运动转换器的悬架的振动控制性能分析

为了提升被动悬架的道路振动响应特性,提出一种并联螺旋飞轮运动转换器的新型悬架系统。对螺旋飞轮运动转换器的动力学特性进行了分析,在传统机电比拟理论的基础上,采用自由电容元件来比拟封装螺旋飞轮的运动、转换和质量特性。采用机械网络综合的方法,建立并联运动转换器的车辆悬架状态空间模型,进行参数优化设计以分析悬架对道路振动激励的最优控制性能。对实例性能分析表明,所提出的新型悬架可以有效提升综合性能,为悬架的设计提供了新的思路。     

牵引电机转子振动对高速列车动力学性能的影响

为了分析牵引电机转子振动对车辆动力学性能的影响,建立了包括驱动系统的动车非线性动力学模型,模型中考虑了转子-轴承系统的非线性力.通过数值仿真,研究了转子-轴承系统非线性反力对牵引电机振动的影响,对比分析了考虑与不考虑转子轴承非线性反力时车辆在驱动、匀速和惰行工况下的动力学特性.结果表明,电机转子的振动是由轴承变刚度频率...     

基于改进的EMD方法提取车辆-轨道垂向耦合系统动态特性

提出利用一种改进的经验模态分解（EMD）方法提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。该方法以改进的极值域均值代替极值点包络线的均值来提高局部均值的求解精度,以边界波形匹配预测法来抑制端点效应。基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立客车-弹性支承块无砟轨道垂向耦合动力学模型,计算车辆-轨道耦合系统在波浪形磨损和轨道不平顺组合激励模型下的振动响应。运用改进的EMD方法对系统的振动响应进行经验模态分解,并且对轮轨力、转向架和车体加速度的本征函数进行分析和比较。研究结果表明：改进的EMD方法自适应地将振动响应分解成本征函数,能有效地提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。     

电动汽车驱动工况下纵向冲击问题研究

针对电动汽车在驱动加速工况下存在纵向冲击的问题,进行了整车纵向动力学特性分析和电机驱动特性分析,找出了引起电动汽车在驱动工况下的纵向冲击的主要因素,并结合整车多体动力学和电机驱动控制进行机电耦合仿真,开展了电动汽车整车在起步阶段和加速过程控制策略转换阶段的纵向冲击研究,提出了抑制电动汽车纵向冲击的方法。该方法能在保证整车驱动性能的前提下,减小了纵向冲击度,提高了平顺性和舒适性。     

高线加速度下电动振动机电耦合特性的研究

利用机电分析动力学方法,对高线加速度下热与振动复合环境试验的子系统－－离心机－振动台进行建模和仿真分析。仿真结果表明,在离心力场下,电动振动台动圈平衡位置及系统固有频率发生变化,直接影响振动台正常工作,机电耦合非线性项的存在,使振动台输出波形发生失真。最后提出一些解决问题的措施。     

高速列车谐波转矩振动分析及自抗扰控制

高速列车在实际运行过程中,当路面不平顺、车轮磨耗或者列车由明线运行到突然进入隧道均可能会引起转矩脉动,引起齿轮箱振动加剧。为研究谐波转矩波动幅值对高速列车牵引齿轮箱振动加速度的影响,建立考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、齿侧间隙的齿轮传动系统与三相异步动态电机耦合的机电传动系统模型,在Simulink平台上分析牵引传动系统在谐波转矩幅值变化的工况下齿轮箱输入端振动加速度特性。结果表明,谐波转矩增大使齿轮箱振动加速度加大,且横向振动加速度增加最明显。耦合系统叠加混合型自抗扰控制器(ADRC)后,对谐波转矩引起的齿轮箱横向振动具有较好的抑制作用。     

桩锤同步振动系统的机电耦合数值仿真分析与试验

针对多桩锤控制同步时出现机电耦合作用影响控制效果的问题,对两桩锤间的机电耦合规律进行了研究。建立了打桩过程中"锤-桩-土"系统的动力学方程及两桩锤同步振动系统的机电耦合数学模型,据此建立了Matlab/Simulink仿真模型,对影响机电耦合的主要参数(电机转速差、初始相位差、土壤参数、安装位置与安装距离等)分别进行了数值仿真,发现机电耦合的结果是在一定的条件下可出现自同步现象(相位差收敛于零或某固定值),通过仿真研究得出了基本的耦合规律。最后通过试验验证了数学模型与仿真结果的正确性。电机耦合规律分析结论为桩锤控制同步的控制策略的制定提供了理论依据。     

L-shaped piezoelectric motor--part II: analytical modeling

This paper develops an analytical model for an L-shaped piezoelectric motor. The motor structure has been described in detail in Part I of this study. The coupling of the bending vibration mode of the bimorphs results in an elliptical motion at the tip. The emphasis of this paper is on the development of a precise analytical model which can predict the dynamic behavior of the motor based on its geometry. The motor was first modeled mechanically to identify the natural frequencies and mode shapes of the structure. Next, an electromechanical model of the motor was developed to take into account the piezoelectric effect, and dynamics of L-shaped piezoelectric motor were obtained as a function of voltage and frequency. Finally, the analytical model was validated by comparing it to experiment results and the finite element method (FEM).     

纯电动汽车两挡变速器减振降噪研究

针对纯电动汽车两挡自动变速器在工作过程中存在的振动和噪声问题,通过建立变速箱-电机转子刚柔耦合动力学模型,对变速器系统进行传递误差、齿面接触应力等分析和计算。根据纯电动汽车的常用工况及其特点,以齿轮修形参数为优化变量,传递误差为主要优化目标,综合考虑齿面载荷分布以及齿面接触应力,在多工况下对齿轮进行修形。结果表明修形后达到了优化齿面载荷分布、提高齿轮使用寿命、减小振动、降低噪声的目的,实现了齿轮多目标优化。研究结果对纯电动汽车变速器的开发有一定的借鉴作用。     

基于自适应滤波的电主轴-刀具系统不平衡振动的主动控制

为了有效抑制由质量不平衡引起的电主轴-刀具系统的不平衡振动,本文提出了一种基于最小方差的分块(FBLMS)自适应滤波的电主轴-刀具系统不平衡振动的主动控制方案,该控制方案中用来抑制振动的力源于无轴承电机径向磁悬浮力产生的原理。本文首先研究了双绕组感应型电主轴的结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了感应型柔性电主轴-电主轴-刀具系统的动力学模型以及研究了FBLMS自适应滤波控制算法,设计了感应型柔性电主轴-电主轴-刀具系统不平衡振动的主动控制系统,通过有限元法来确定径向控制力的系数以及单边磁拉力的系数,研究了经典PID控制器以及FBLMS自适应滤波控制器对刀具端的不平衡振动的控制效果,结果表明采用FBLMS自适应滤波控制器对抑制电主轴-刀具系统端不平衡振动具有更佳控制效果。     

全向自动导引车导向机构设计及其运动控制研究

针对麦克纳姆轮加工复杂,运动效率低,承载能力较弱及容易出现振动、打滑等问题,研发了基于轮毂电机的自动导引车（automatic guided vehicle,AGV）全转向导向机构,并根据该导向机构的控制方式--四轮独立驱动和四轮独立转向（4WID-4WIS）的方式,对该全向AGV进行了运动控制研究。首先,构建了该全转向导向机构的运动学模型,并进行了运动学分析,得出不同转向模式下全向AGV转速与转角之间的关系。其次,为消除该全向AGV移动时产生的路径偏差,提出了基于多步预测最优控制和模糊控制的联合路径跟踪控制技术,以提高控制精度和为路径跟踪提供充足的纠偏能力;进行了转向电机和轮毂电机之间的解耦控制,保证了转向电机和轮毂电机具有良好的输入输出响应。最后,通过实车实验验证了该全转向导向机构具有良好的运动效果,能够满足实际工况的要求,可为AGV在工业领域的应用提供一定的参考。     

异步驱动电机扭矩波动对电动汽车纵向冲击影响的仿真研究

对电动汽车异步驱动电机在转子磁场定向矢量控制中因电机参数变化导致磁场解耦不完全,致使电机输出扭矩波动和扭矩及速度跟踪可能失效,进而带来纵向冲击和影响乘坐舒适性的问题进行了研究和分析,并在此基础上进行了电机控制策略的仿真分析.基于多体系统动力学建立了整车纵向动力学模型,并与控制系统一起建立了耦合仿真模型.利用所建立的耦合模型进行了电动汽车美国联邦循环工况(UDC)的仿真计算,计算结果表明所提出的矢量控制方法是可行的,能够有效改善电动汽车的纵向冲击问题.     

纯电动客车振动试验分析及动力总成隔振优化

汽车电动化使动力总成的振动噪声特性发生很大变化,带来了新的NVH问题,作为短途客运主要运输工具的纯电动客车尤为明显。针对某纯电动客车在行驶中存在振动较大的问题,结合实车试验与理论仿真,研究其振动传递特性及隔振优化。首先,基于LMS Test.lab振动噪声测试平台,采集了车内地板与底盘关键点的振动信号进行振动试验分析,根据车内地板振动响应特性对18条振动传递路径进行振动贡献量分析,求解出各个传递路径对车内目标点振动的贡献量,确定振动的主要贡献路径。其次,根据传递路径分析结果,针对主要贡献路径上的减振关键环节(动力总成悬置)进行隔振性能分析,结果显示电机动力总成悬置系统较差的隔振性能是引起车内振动过大的主要原因。为此,进一步建立了六自由度动力总成优化模型,采用多岛遗传优化方法对悬置系统参数进行优化匹配设计。结果表明,悬置系统的隔振性能获得了显著提升,车内振动过大问题得到有效解决。