基于联合仿真的馈能悬架协调控制研究

蒋亦栋

江苏大学汽车学院

基于联合仿真的馈能悬架协调控制研究

蒋亦栋

江苏大学汽车学院

以馈能型半主动悬架系统为研究对象，对其控制系统进行设计及仿真研究，搭建馈能性半主动悬架动力学模型，设计了天棚加地棚控制算法，在上述基础上搭建了Simulink和Admas联合仿真模型，仿真结果符合馈能型半主动悬架预计效果。

摘要：联合仿真；馈能型半主动悬架；天棚加地棚控制

引言：

馈能型悬架是一种能够回收振动能量的新悬架系统。其最基本的工作原理就是用馈能阻尼替代传统被动阻尼，将原本被耗散掉的机械能转变为可被再次利用的能量，加以回收。该系统不但能降低燃油消耗、减少污染物的排放，而且还能提高车辆性能。该技术为未来汽车悬架系统电动化提供了一种新的设计思路[1-2]。

本论文以馈能型半主动悬架为研究对象，建立了馈能型半主动悬架动力学模型，并在此基础上搭建了Simulink和Admas联合仿真模型，为有效优化悬架的馈能性，引入天棚加地棚控制算法对设计悬架进行协调控制，仿真结果与预计相符。

1、馈能型半主动悬架动力学建模

将整车简化为二自由度的单轮动力学模型，如图1所示。

图1 半主动馈能悬架系统单轮模型

依据建立的悬架单轮模型，得到系统的动力学微分方程如式(1)所示：

其中m2为系统的悬挂质量，m1为系统的非悬挂质量，q为路面输入位移，k为弹簧刚度，kt为轮胎刚度，c0为传统阻尼器的阻尼系数，FM为直线电机的电磁阻尼力，G0为路面不平度系数，w(t)为均值为零的高斯白噪声，v0为车速，f0为下截止频率。

2、天棚加地棚控制

馈能悬架系统的半主动控制采用天棚加地棚的控制策略，控制的原理如图2所示。基于簧载和非簧载质量得到的理想作动力如式(2)所示。

图2 馈能悬架半主动控制原理图

通过天棚加地棚的控制策略得到理想的电机参考作动力Fref，与电机的电磁阻尼系数ki相除便得到绕组参考电流iref，输送至半主动回路控制器，经运算输出两路脉冲信号控制半主动回路，使得电机绕组中的实际电流跟踪理想的参考电流。

3、联合仿真

基于Simulink/ADmas仿真环境搭建了馈能型半主动悬架系统的单轮模型，针对B级和C级路面输入车速分别为10m/s、20m/s四种工况进行了联合仿真，仿真分析了馈能型半主动悬架的馈能特性，其仿真以针电机输出端电压和绕组电流作为悬架馈能效率评价指标。仿真时间10s。仿真结果如表1所示。

表1 电机输出端电压和绕组电流的均值及最大值

由表1可知，电机绕组中电流的变化趋势与直线电机输出端电压一致。随着车速的增加，直线电机输出端电压和绕组电流的值逐渐增大；随着路面输入工况的恶化，直线电机输出端电压和绕组电流的值逐渐增大。

4、结论

以馈能型半主动悬架系统为研究对象，建立了Simulink和Admas联合仿真模型，引入天棚加地棚控制算法对悬架馈能性进行控制，仿真结果与预期相符。

[1]张勇超，喻凡，顾永辉，等.汽车电动悬架的减振与馈能特性试验验证[J].上海交通大学学报，2008.6： 874-877.

[2]陈星.基于电磁执行器的智能悬架能量回收研究[D].重庆：重庆大学，2011.

[3]于长淼，王伟华，王庆年.馈能悬架阻尼特性及其影响因素[J].吉林大学学报，2010，40(6)：1482-1486.