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本書(shū)主要圍繞汽車(chē)振動(dòng)控制、主動(dòng)懸架理論與技術(shù)展開(kāi)，對(duì)汽車(chē)主動(dòng)懸架?chē)?guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，研究建立汽車(chē)懸架系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和鍵合圖模型，設(shè)計(jì)基于EHA汽車(chē)主動(dòng)懸架的天棚控制器、地棚控制器、LQR*優(yōu)控制器、模糊控制器、參數(shù)自調(diào)整模糊控制器，并利用MATLAB工具箱對(duì)其進(jìn)行仿真分析；在研制EHA汽車(chē)主動(dòng)懸架物理樣機(jī)及試驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)EHA汽車(chē)主動(dòng)懸架的時(shí)滯影響及補(bǔ)償試驗(yàn)研究，并進(jìn)行基于EHA主動(dòng)懸架的整車(chē)控制仿真研究分析。

振動(dòng)控制是振動(dòng)工程領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要分支，是振動(dòng)研究的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。從廣義上來(lái)講，振動(dòng)控制包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一方面是振動(dòng)的利用，如振動(dòng)能量的回收；另一方面是振動(dòng)的抑制，盡量減少有害的振動(dòng)，因?yàn)檎駝?dòng)會(huì)縮短產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)的壽命，使人易于疲勞，使儀器易于失靈。振動(dòng)控制的任務(wù)就是通過(guò)一定的手段使受控對(duì)象的振動(dòng)水平滿足人們的預(yù)定要求。這里的受控對(duì)象是各類產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的統(tǒng)稱。按是否需要能源區(qū)分，振動(dòng)控制分為無(wú)源控制和有源控制，前者又稱為被動(dòng)控制，后者又稱為主動(dòng)控制。振動(dòng)主動(dòng)控制是主動(dòng)控制技術(shù)在振動(dòng)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要應(yīng)用，包括開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制裝置中的控制律是預(yù)先按規(guī)定的要求設(shè)置好的，與受控對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)；而閉環(huán)控制中的控制器是按受控對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)為反饋信息而工作的。閉環(huán)控制后者是目前應(yīng)用較為廣泛的控制。本書(shū)內(nèi)容主要針對(duì)振動(dòng)主動(dòng)控制在汽車(chē)工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用汽車(chē)懸架控制技術(shù)展開(kāi)。懸架是位于車(chē)架〔或車(chē)身)與車(chē)軸〔或車(chē)輪)之間緩和并衰減由地面引起的沖擊和振動(dòng)，同時(shí)傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架(或車(chē)身)之間的各種力和力矩的裝置的總稱，是現(xiàn)代汽車(chē)中的重要組成部分。傳統(tǒng)的汽車(chē)懸架是基于經(jīng)典的隔振理論，根據(jù)汽車(chē)的綜合性能要求，針對(duì)特定的路面狀況和汽車(chē)運(yùn)行狀況而設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)振動(dòng)特性固定不變，這就限制了汽車(chē)性能的進(jìn)一步提高。隨著傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)和先進(jìn)的執(zhí)行器技術(shù)的飛速發(fā)展，可控懸架（或稱智能懸架）在汽車(chē)上的應(yīng)用成為了可能。對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，使懸架系統(tǒng)能根據(jù)不同的行駛工況而具有不同的性能，可以從根本上解決傳統(tǒng)被動(dòng)懸架平順性和操縱穩(wěn)定性之間的矛盾�？煽貞壹芨鶕�(jù)是否提供動(dòng)力源及調(diào)節(jié)對(duì)象的不同又可分為主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架能夠同時(shí)調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)的剛度、阻尼及車(chē)身高度等，獲得*佳的懸架動(dòng)態(tài)性能；半主動(dòng)懸架只能改變懸架系統(tǒng)的剛度或阻尼。主動(dòng)懸架控制效果*好，能極大地提高車(chē)輛的平順性和安全性，但耗能相對(duì)較大，成本較高；半主動(dòng)懸架兼具被動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架的特點(diǎn)，阻尼可以在一定的范圍內(nèi)變化，改善了車(chē)輛的行駛性能，控制相對(duì)簡(jiǎn)單，成本比主動(dòng)懸架低，而且能耗小，可靠性高，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行。當(dāng)車(chē)輛行駛在不平的路面上時(shí)，由路面顛簸、車(chē)輛加速、車(chē)輛減速、車(chē)輛制動(dòng)、車(chē)輛轉(zhuǎn)向等引起的垂直運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)能量一直未被充分利用，而通常主要由懸架減振器將其轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。解決車(chē)輛主動(dòng)懸架的高能耗問(wèn)題迫在眉睫, 而振動(dòng)能量回饋是降低能耗和減少使用成本的一個(gè)重要手段，饋能式主動(dòng)懸架是必然的選擇。自2006年以來(lái)，本研究團(tuán)隊(duì)探索了多種不同類型的主動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)和控制策略，同時(shí)對(duì)懸架振動(dòng)能量回收進(jìn)行了深入的研究，具體包括電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架、直線電機(jī)式主動(dòng)懸架、磁流變半主動(dòng)懸架、滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架等，在可控懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論、主動(dòng)和半主動(dòng)控制策略、能量回收電路、能量管理策略等方面都取得了一定的研究成果。本書(shū)部分研究?jī)?nèi)容得到了國(guó)家自然科學(xué)基金車(chē)輛電動(dòng)靜液壓自供能量式主動(dòng)懸架工作機(jī)理與協(xié)調(diào)控制研究（51275403）和車(chē)輛電磁直線式自供能混合主動(dòng)懸架工作機(jī)理與協(xié)調(diào)控制研究（51775426）的資助。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，編者參閱了國(guó)內(nèi)外許多的著作、論文和研究報(bào)告，特在此對(duì)其作者表示衷心的感謝。本書(shū)的編寫(xiě)、整理與出版，包含著我們研究團(tuán)隊(duì)中所有人的辛勤付出，在這里特別感謝碩士劉攀、陳龍、張冬冬、范養(yǎng)強(qiáng)、曾憲梓、任全、梁津、杜嘉峰、王哲、方濤、李冬、李立博、魏冬冬、田蕾、陳晨、李陽(yáng)康、孫凱、何凌蘭、郝帥帥、杜曼，以及在讀博士研究生許家楠、張新乾，在讀碩士研究生郭楊娟、李孟欣、賀嘉杰、高建、劉朋濤、王甜甜、武大鵬、武江浩、張宏、鄭文博等對(duì)本書(shū)出版做出的貢獻(xiàn)。由于作者水平有限，書(shū)中難免有不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

1 緒論1

1.1 車(chē)輛懸架研究背景1

1.2 車(chē)輛智能懸架的類型2

1.2.1 半主動(dòng)懸架3

1.2.2 主動(dòng)懸架5

1.3 智能懸架?chē)?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀6

1.3.1 半主動(dòng)懸架研究現(xiàn)狀6

1.3.2 主動(dòng)懸架研究現(xiàn)狀8

1.3.3 控制策略研究現(xiàn)狀10

1.3.4 能量回收研究現(xiàn)狀13

1.4 車(chē)輛懸架控制策略簡(jiǎn)介16

2 車(chē)輛懸架動(dòng)力學(xué)建模與路面模型19

2.1 引言19

2.2 不平路面輸入模型19

2.2.1 階躍路面輸入模型19

2.2.2 正弦路面輸入模型20

2.2.3 隨機(jī)路面輸入模型20

2.3 車(chē)輛懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型22

2.3.1 模型簡(jiǎn)化22

2.3.2 1/4汽車(chē)二自由度懸架動(dòng)力學(xué)模型24

2.3.3 1/2汽車(chē)四自由度懸架動(dòng)力學(xué)模型26

2.3.4 整車(chē)七自由度懸架動(dòng)力學(xué)模型27

2.4 本章小結(jié)29

3 車(chē)輛電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)建模及參數(shù)優(yōu)化30

3.1 引言30

3.2 電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理30

3.3 電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型31

3.3.1 主動(dòng)控制模式下電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型31

3.3.2 隨動(dòng)饋能模式下電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型35

3.4 電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器參數(shù)的優(yōu)化37

3.4.1 參數(shù)敏感性分析37

3.4.2 優(yōu)化目標(biāo)及約束條件37

3.4.3 優(yōu)化結(jié)果分析38

3.5 本章小結(jié)39

4 車(chē)輛電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架協(xié)調(diào)切換控制40

4.1 引言40

4.2 主動(dòng)懸架分層協(xié)調(diào)切換控制40

4.2.1 分層協(xié)調(diào)切換控制器設(shè)計(jì)40

4.2.2 主動(dòng)懸架能量平衡條件功率流分析42

4.2.3 主動(dòng)懸架能量平衡條件42

4.2.4 分層協(xié)調(diào)切換控制仿真分析42

4.2.5 結(jié)果分析45

4.3 電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架力跟蹤控制策略46

4.3.1 力跟蹤控制方案46

4.3.2 力跟蹤控制主環(huán)47

4.3.3 力跟蹤控制內(nèi)環(huán)48

4.3.4 力跟蹤控制仿真51

4.4 電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架雙滑模控制策略55

4.4.1 雙滑�？刂品桨冈O(shè)計(jì)55

4.4.2 主動(dòng)模式下雙滑�？刂品桨�56

4.4.3 雙滑�？刂品抡娣治�60

4.4.4 失效模式下?tīng)顟B(tài)估計(jì)與切換控制策略65

4.4.5 失效模式下仿真分析69

4.5 本章小結(jié)74

5 車(chē)輛電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架時(shí)滯補(bǔ)償控制76

5.1 引言76

5.2 電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架時(shí)滯產(chǎn)生機(jī)理76

5.3 控制時(shí)滯問(wèn)題解決的策略77

5.3.1 減小時(shí)滯77

5.3.2 時(shí)滯補(bǔ)償策略77

5.4 考慮時(shí)滯的電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架模型建立79

5.4.1 考慮時(shí)滯的二自由度主動(dòng)懸架模型建立79

5.4.2 電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器動(dòng)態(tài)模型建立80

5.5 電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架時(shí)滯特性分析82

5.5.1 時(shí)滯對(duì)電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架穩(wěn)定性的影響82

5.5.2 時(shí)滯對(duì)電動(dòng)靜液壓主動(dòng)懸架動(dòng)態(tài)性能的影響84

5.6 電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器的內(nèi)模PID控制86

5.6.1 內(nèi)�？刂圃�86

5.6.2 內(nèi)模控制器設(shè)計(jì)87

5.6.3 內(nèi)�？刂频腜ID控制形式轉(zhuǎn)化89

5.6.4 內(nèi)模PID控制仿真91

5.7 本章小結(jié)95

6 車(chē)輛磁流變半主動(dòng)懸架控制96

6.1 引言96

6.2 磁流變液的組成與特性96

6.2.1 磁流變液的組成及特點(diǎn)96

6.2.2 磁流變效應(yīng)97

6.2.3 磁流變液的動(dòng)態(tài)本構(gòu)特性98

6.3 磁流變減振器的工作模式與結(jié)構(gòu)原理100

6.3.1 磁流變減振器的工作模式100

6.3.2 磁流變減振器的結(jié)構(gòu)原理101

6.3.3 饋能式磁流變減振器的結(jié)構(gòu)原理102

6.4 磁流變減振器的力學(xué)模型103

6.4.1 改進(jìn)型磁流變減振器多項(xiàng)式模型104

6.4.2 模型參數(shù)辨識(shí)107

6.5 磁流變半主動(dòng)懸架控制仿真109

6.5.1 磁流變半主動(dòng)懸架模糊控制仿真109

6.5.2 磁流變半主動(dòng)懸架混合天棚控制仿真114

6.6 本章小結(jié)123

7 車(chē)輛滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架控制124

7.1 引言124

7.2 滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架原理與參數(shù)分析124

7.2.1 滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)原理124

7.2.2 滾珠絲杠作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與工作原理125

7.3 滾珠絲杠作動(dòng)器動(dòng)力學(xué)建模131

7.3.1 并聯(lián)式滾珠絲杠作動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型131

7.3.2 等比傳動(dòng)滾珠絲杠作動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型133

7.4 滾珠絲杠半主動(dòng)懸架仿真分析136

7.4.1 并聯(lián)式滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架仿真分析136

7.4.2 并聯(lián)式滾珠絲杠半主動(dòng)懸架控制仿真140

7.4.3 等比傳動(dòng)滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架仿真分析143

7.5 本章小結(jié)148

8 車(chē)輛直線電機(jī)式主動(dòng)懸架控制149

8.1 引言149

8.2 作動(dòng)器有限元分析149

8.2.1 作動(dòng)器的工作原理149

8.2.2 作動(dòng)器有限元建模152

8.2.3 作動(dòng)器同步速度對(duì)電磁力的影響152

8.2.4 拉伸長(zhǎng)度對(duì)電磁力的影響153

8.2.5 齒槽開(kāi)口系數(shù)對(duì)電磁力的影響153

8.2.6 輸入電壓對(duì)作動(dòng)器響應(yīng)特性的影響155

8.3 作動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析156

8.3.1 作動(dòng)器模態(tài)分析理論基礎(chǔ)156

8.3.2 非線性接觸剛度理論157

8.3.3 作動(dòng)器主體結(jié)構(gòu)建模159

8.3.4 作動(dòng)器模態(tài)振型圖159

8.3.5 不同F(xiàn)KN值對(duì)作動(dòng)器模態(tài)頻率的影響161

8.3.6 不同F(xiàn)KN值對(duì)形變位移的影響162

8.3.7 不同運(yùn)行速度對(duì)模態(tài)頻率的影響162

8.4 直線電機(jī)式主動(dòng)懸架控制策略仿真163

8.4.1 直線電機(jī)式主動(dòng)懸架的工作原理163

8.4.2 直線電機(jī)動(dòng)力學(xué)建模163

8.4.3 直線電機(jī)控制165

8.4.4 主動(dòng)懸架控制策略170

8.4.5 控制系統(tǒng)仿真分析173

8.5 本章小結(jié)177

9 車(chē)輛懸架振動(dòng)能量回收179

9.1 引言179

9.2 能量回收可行性分析179

9.3 饋能式磁流變半主動(dòng)懸架能量回收分析與試驗(yàn)181

9.3.1 饋能效率分析181

9.3.2 能量回收方案184

9.3.3 饋能回收電路設(shè)計(jì)185

9.3.4 饋能式磁流變半主動(dòng)懸架能量回收試驗(yàn)190

9.4 并聯(lián)式滾珠絲杠式半主動(dòng)懸架能量管理系統(tǒng)分析和試驗(yàn)191

9.4.1 能量管理策略191

9.4.2 能量管理系統(tǒng)硬件電路192

9.4.3 分級(jí)調(diào)壓儲(chǔ)能裝置和控制策略設(shè)計(jì)192

9.4.5 儲(chǔ)能裝置電氣元器件的選型196

9.5 饋能式懸架能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)197

9.5.1 能量回收電路設(shè)計(jì)仿真197

9.5.2 懸架饋能回收試驗(yàn)203

9.6 本章小結(jié)206

參考文獻(xiàn)207

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