关键词：汽车悬架;;时滞反馈控制;;非线性;;内共振;;振动实验
摘 要：随着人们对汽车行驶平稳性要求的提高,传统的线性被动控制悬架系统不能满足人们的需求,非线性半主动悬架成了目前的研究热点。本文主要研究了非线性半主动悬架时滞反馈控制理论并设计了一套实验模型,模拟分析汽车非线性被动悬架的振动特性。第一章综述了汽车悬架的发展历程、半主动悬架的研究现状和时滞反馈减振技术的前景。第二章将汽车悬架系统简化为单自由度系统,应用非线性时滞反馈控制对汽车车体垂向振动来进行控制。非线性模型引入了三次和五次刚度非线性。分别分析了汽车悬架系统参数、时滞反馈增益系数和时滞量对悬架系统垂向振动的影响。当系统的三次及五次刚度非线性系数越大时,系统弹簧的硬特性越明显,出现了共振峰偏移,系统幅度响应曲线出现多值现象。分析了时滞反馈控制当中的两个重要参数,时滞反馈增益系数和时滞量对系统振动的影响。对一固定的时滞反馈增益系数,存在一个时滞量的取值区间,使系统的振幅远低于被动控制系统,且在这个区间上会存在一个时滞点,使得系统振幅得到最大幅度的降低。第三章将第二章的单自由度模型拓展为两自由度模型,将汽车轮胎刚度和阻尼考虑进来,研究更真实也更复杂的汽车悬架系统模型。同样,在两自由度系统中,对一固定的时滞反馈增益系数,也存在一个时滞量的取值区间,使系统的振幅远低于被动控制系统。还分析了时滞反馈增益系数和时滞量对控制稳定性的影响,更高的时滞反馈增益系数配合最佳时滞量可以得到更好的振动控制效果,但却降低了最佳时滞量的取值范围,找出了选取最佳时滞反馈增益系数和最佳时滞点的协调关系。论文第四章设计了一个线性两自由度汽车悬架实验模型,模型系统参数,通过等比例缩小一般汽车1/4车体参数得到。介绍了实验模型的结构,和振动测试仪器的一些参数。通过模态测试和扫频分析得到该模型的模态频率和阻尼比,并和理论计算得到的模态频率对比,验证了实验模型符合设计预期。第五章在第四章线性实验模型的基础上,引入了永磁铁同间的互斥力,作为等效非线性刚度,构建了一个非线性的两自由度汽车悬架模型。通过模态测试和扫频分析,测得该模型的模态频率和阻尼比。实验测得永磁铁间的互斥力,通过曲线拟合得到互斥力的拟合方程,该拟合方程包含有三次项。而该模型系统的一阶二阶模态满足一比三,符合系统产生一比三内共振的条件。通过外激励定频为模型一阶和二阶模态的频谱图,验证了模型的一比三内共振。同时将该非线性模型定频激励时域图,和线性模型定频激励时域图对比,发现在非线性模型中,由于非线性模型中三次非线性的存在,系统存在内共振,使得非线性模型主系统和隔振器的振幅都比线性都大。本文通过理论分析了,将时滞反馈控制引入到汽车悬架半主动控制中的控制效果,为汽车半主动悬架系统控制提出一个新研究思路。同时,通过实验建模,设计了一套两自由度汽车非线性悬架的实验模型,具有一定的工程实践参考价值。
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