基于分级变压充电与运动方向可限的ESASRE悬架的减振/抗侧翻协调控制

To supply theory and technology supports to develop suspensions which can reclaim vibration energy and improve ride comfort and rollover stability, two methods of varying charge voltage in steps and limiting direction of suspension motion are proposed. Based on the methods, we will study parameter optimizations and coordinate control of vibration reduction (VR)/ anti-rollover (AR) for electromagnetic semi-active suspension reclaiming energy (ESASRE) system through exploring the two following rules. The first rule is of the generating principle and of the influence on ride comfort of variable non-linear damping characteristics, and the other one is of the influence on rollover stability of response delay of the device limiting the suspension motion direction. The main researches include: 1) the variable non-linear damping characteristics from the first method will be investigated, based on it, the controller getting the charge voltage for the electromagnetic actuator giving damping force reclaiming energy (EAGDFRE) will be designed, and optimization of the relative parameters of EAGDFRE will be implemented; 2) The other rule will be probed, based on it, the response time threshold of the device controlling the suspension motion direction will be ascertained, and the relative parameters of this device will be optimized; 3) The coordinate controller of VR/ AR for ESASRE will be designed, the validation and adjustment platform for the integral coordinate control system of VR/ AR for ESASRE will be established, which is made up of bench & road testing and variable parameters dynamic simulations, and the platform will be used to test the performance of the coordinate system of VR/ AR for ESASRE and consummate the coordinate control strategies.

为研发同时具有回收振动能量、改善平顺性与侧翻稳定性功能的悬架提供理论与技术支持，在提出分级变压充电控制与悬架运动方向可限控制的基础上，探索可变非线性馈能阻尼产生机理及其对平顺性的影响规律与悬架运动方向可限控制机构响应时间对侧翻稳定性的影响规律，并据此研究电磁馈能型半主动悬架的参数优化与减振/抗侧翻协调控制。主要研究包括：1)获取分级变压充电控制带来的可变非线性馈能阻尼特性及产生机理，设计馈能阻尼力发生器充电电压求取控制器，获取可变非线性馈能阻尼特性对平顺性的影响规律，并对馈能阻尼力发生器相关参数进行优化；2)获取抗侧翻安全控制策略响应延迟对侧倾/侧翻控制效果的影响规律，确定悬架运动方向可限控制机构的最佳响应时间阈值，并对相关参数进行优化；3)设计减振/抗侧翻协调控制器，构建电磁馈能型半主动悬架变参数动态仿真及试验对比验证与校正平台，利用此平台检验该控制器的工作效果，并据此完善协调控制策略。

为研发同时具有回收振动能量、改善平顺性与侧翻稳定性功能的先进悬架提供理论与技术支持，本项目针对采用永磁同步电机-滚珠丝杠式作动器的主动悬架进行了平顺性与侧翻稳定性改善研究。项目研究取得了以下主要成果：1) 提出一种全信息最优滑模控制方法，通过对控制系统线性化、为线性化后控制系统设计全信息最优滑模控制器及控制反线性化等3个环节来完成非线性主动悬架用全信息最优滑模控制器的设计，研究结果表明该控制器不仅可使主动悬架在名义工况下获得最优性能，还可在变参数/行驶工况下获得良好的鲁棒性；2) 设计和制作了永磁同步电机-滚珠丝杠式作动器，基于该作动器的力学特性测试结果进行了参数识别，并研究了作动器等效惯性质量对采用传统悬架结构的电磁主动悬架综合性能的影响，研究结果显示满足电磁控制力要求的作动器具有较大的等效惯性质量，在传统悬架结构下该等效惯性质量伴生的惯性力远大于该作动器能输出的最大电磁控制力，严重阻碍了旋转电机式电磁主动悬架综合性能的改善；3）为解决作动器等效惯性质量阻碍旋转电机式电磁主动悬架性能改善的难题，提出了一种通过增加1级减振结构衰减车轮对作动器的加速度输入的2级减振式电磁主动悬架结构方案，并设计了对应的改进H2/H∞控制器，研究结果表明2级减振式电磁主动悬架在电磁输出力受限的情况下可以获得与采用传统悬架结构的理想主动悬架几乎一样的悬架综合性能，且具有自供能能力；4) 针对采用自制永磁同步电机-滚珠丝杠式作动器及2级减振式电磁主动悬架结构方案，构建了直接控制汽车横向载荷转移率兼顾侧倾角、侧倾角加速度、车轮动变形的汽车侧倾运动安全综合性能评价指标，并设计了对应的汽车侧倾运动安全LQG控制器，研究结果显示该控制器控制主动悬架使车身产生适度的反向侧倾来提高汽车的侧翻稳定性。本项目的研究成果可为主动悬架概念实物化研发提供理论和技术参考。