馈能式半主动悬架振动自适应最优容错控制

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.01.010

摘要/Abstract

摘要：

为有效抑制馈能式半主动悬架在不确定因素下的振动，建立悬架机电耦合动力学模型，研究悬架能量转换效率随电参数的变化规律；推导自适应最优容错控制增益，分别在时域和频域中研究悬架的隔振能力；通过构建Lyapunov方程，建立悬架自适应最优容错控制策略的鲁棒性能指标，研究关键参数对鲁棒性能指标的影响规律。研究结果表明：电参数对悬架能量转换效率影响显著，悬架在第2阶固有频率处能量转换效率较高；所提出的自适应最优容错控制策略能够在时域和频域有效抑制振动，其隔振能力明显优于被动控制和自供能模式，控制策略鲁棒性指标受发电模块电感和永磁体外径变化的影响最为显著。

关键词: 悬架系统, 振动半主动控制, 馈能式磁流变阻尼器, 隔振性能, 不确定因素

Abstract:

In order to realize effective vibration mitigation of self-powered semi-active suspension under uncertain factors， the suspension mechanical-electrical coupling dynamic model is established. The influence of electrical parameters on energy conversion efficiency is explored. The adaptive fault tolerant control gain is deduced， and then the vibration isolation capability of the suspension is investigated in time and frequency domain respectively. The robust index of adaptive optimal fault tolerant control algorithm is obtained by constructing Lyapunov equation to stud the influence of key parameters on robust index. The results show that the electrical parameters have obvious influence on the energy conversion efficiency， with the suspension having higher energy conversion efficiency at the second natural frequency. The proposed adaptive optimal fault tolerant control strategy can realize effective vibration suppression in both the time and frequency domain， with better vibration isolation performance compared to passive control and self-powered mode. The control robust index is affected by the inductance of generator and outer diameter of permanent magnet most significantly.

Key words: suspension system, semi-active vibration isolation, self-powered MR damper, vibration isolation performance, uncertain factors

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图/表 10

图1

表1

磁流变阻尼器参数和取值［21-22］"

参数	数值
磁流变液黏度 $η$	$0.2 ?? P a ? s$
阻尼通道长度 $l$	$3.5 × 10 - 2 ?? m$
活塞有效面积 $A$	$0.8 ?? m m 2$
阻尼器流道间隙 $h$	$10 - 3 ?? m$
阻尼器线圈匝数 $N c$	$230$
磁流变液切应力系数 $C 0$	$- 1.2 × 103$
磁流变液切应力系数 $C 1$	$0.39$
磁流变液切应力系数 $C 2$	$- 8.4 × 10 - 7$
磁流变液切应力系数 $C 3$	$2.9 × 10 - 13$

表1

图2

表2

半主动悬架参数和取值［24］"

参数	数值
簧载质量 $m s$	$400 ?? k g$
非簧载质量 $m u$	$70 ?? k g$
悬架刚度 $k s$	$20 ?? 000 ?? N · m - 1$
轮胎刚度 $k t$	$105 ?? N · m - 1$
整流电容 $C$	$4 ?? m F$
馈能模块电感 $L G$	$45 ?? m H$
馈能模块电阻 $R G$	$1.5 ?? Ω$
阻尼器电感 $L 0$	$100 ?? m H$
阻尼器电阻 $R 0$	$2.5 ?? Ω$
整流电路损失率 $η c$	$0.1$
下截止频率 $n 0$	$0.011 ?? m - 1$
参考空间频率 $n 1$	$0.1 ?? m - 1$
车速 $v$	$16.7 ?? m · s - 1$
路面不平度系数 $G q$	$64 × 10 - 6 ?? m 3$

表2

图3

图4

图5

图6

图7

表3

鲁棒性能指标的极差"

参数	$l$	$h$	$D 1$	$L G$	$R G$
极差	1.78	1.69	2.17	2.19	1.09

表3

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