非平稳随机激励下参数不确定悬架系统动态频域追踪复合控制研究

The road excitation to vehicles, which are on variable driving conditions such as acceleration or deceleration, is a complex non-stationary random process. In order to improve the ride and operation performance of vehicles on this state, the project proposes a dynamical frequency domain tracking compound control method for the parameter uncertainty suspension system. Based on the velocity, a new time-frequency model of the road excitation to the whole vehicle is established by linear time variable system method, and the relationship between the velocity and coherence time-frequency domain distribution of multiple non-stationary random inputs is studied. The PEM(Pseudo Excitation Method) is adopted to convert the complex non-stationary random vibration question to transient response question on deterministic signals, and the equivalence mechanism of pseudo and virtual excitation is studied by time-frequency domain compounded method. The parameter uncertainty suspension system model is established, and the peak frequency span variation characteristics of vehicle body due to the variable velocity is researched by PIM(Precise Integration Method). The dynamical frequency distribution law of the suspension system on non-stationary random excitation is revealed. In view of the human sensitive vibration frequency band, the adaptive-fuzzy compounded control strategy is studied, and the dynamical frequency domain tracking control algorithm is proposed based on multiple-objective and multiple-constraint conditions. Finally, the environmental vibration test and verification test are operated. The research can provide academic reference for variable frequency domain control and application of non-stationary random vibration, and provide a new thought for improving the vehicle operation quality on the complex riding conditions.

车辆在加速或减速等变速行驶状态下所受路面激励是复杂非平稳随机过程，为提高该状态下车辆的平顺性与操控性等综合性能，开展针对参数不确定悬架系统的动态频域追踪复合控制研究。基于车速参数通过线性时变系统法建立整车所受路面激励时频模型，研究多点非平稳输入相干函数时频分布与车速耦合关系；采用虚拟激励法将复杂的非平稳随机振动问题转化为确定信号激励下的振动瞬态响应问题，并通过时频域综合法探究虚拟激励与实际激励的等效机理；建立参数不确定悬架系统模型，利用精细积分法研究车速变化导致的车身振动响应峰值频带变化特性，揭示非平稳随机激励下系统响应动态频域分布规律；依据人体对振动频带敏感程度开发自适应和模糊复合控制策略，提出多目标多约束条件下非平稳随机振动的动态频域跟踪控制算法，并开展环境试验与试验验证。本课题研究可为非平稳随机振动变频域控制与应用提供理论参考，并为提高车辆在复杂行驶工况下的运行品质提供一种新的思路。

本项目以含有不确定参数的整车悬架系统为研究对象，完成了车辆在变速行驶下的多点路面激励时频模型的建立，提出了针对车辆非平稳行驶工况下的动态频域概念及有限频带追踪控制理论，建立了多点非平稳随机过程的虚拟激励表达式，获得了参数不确定悬架系统在非平稳随机激励下的动力学响应谱的分布规律，得到了频率响应谱随着车速的变化关系，形成了相对系统的非平稳随机振动分析与控制的理论体系，为车辆非平稳随机动力学的研究提供了理论支持。主要工作有：（1）完成了路面对车辆非平稳随机激励建模及特性的研究。建立了车辆在非平稳行驶状态下路面对车辆的时域激励模型，获得了平稳随机过程转化为非平稳随机过程的调制方法，得到了车辆所受路面非平稳随机激励的时域响应并对其进行时频特性分析，探明了信号峰值频带随速度变化的分布规律。（2）完成了悬架系统的非平稳随机振动分析研究。建立了半车模型，完成车辆在加速工况下前后轮之间的激励信号差异分析，利用虚拟激励法与精细积分法完成了非平稳随机振动分析。（3）完成了随机与正弦信号的生成方法及完成了相应的实验验证工作。分析了系统在非平稳随机激励下的动力学响应及其频谱特征，研究最大响应谱值随时间的变化趋势，确定动态频域的迁移规律，揭示了悬架系统动态时频响应谱与车速变化的关系。（4）完成了针对人体有限频带的控制方法研究，探究峰值响应谱对应频带的变化规律，研究车辆以不同加速度行驶时悬架响应频带的分布特点，确定了动态频域控制的带宽。（5）完成了动态频域分析的实验研究，对路面随机激励信号进行振动环境试验。拓展研究内容，将车辆的节能与速度规划纳入到研究中，考虑路面与车辆之间的耦合振动，研究车辆在不同的加速度情况下悬架系统的能量损耗问题。项目的研究总体上完成了预期目标，在某些研究方向上有拓展，开辟了新的研究思路，为进一步的深度与广度研究提供了必要的基础。