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半主动控制系统

(2020-06-28 11:31:33) 百科综合
半主动控制系统

半主动控制系统

半主动控制系统主要指的是半主动悬架控制系统。半主动悬架技术,即通过可控阻尼器,依据一定的控制规律对阻尼为进行实时调节。可获得类似主动控制的减振效果而且结构简单,工作时几乎不消耗车辆动力,所以在现有研究中有关可调阻尼减振器实现的半主动控制较丰富尤其是基于磁流变阻尼器的半主动控制研究故有较好的套用前景。

基本介绍

  • 中文名:半主动控制系统
  • 外文名:Semi-active Control System
  • 又称:半主动悬架控制系统
  • 所属学科:控制科学
  • 优点:几乎不消耗车辆动力、结构简单
  • 悬架系统分类:被动、主动、半主动

简介

半主动控制系统主要指的是半主动悬架控制系统。半主动悬架技术,即通过可控阻尼器,依据一定的控制规律对阻尼为进行实时调节,于1974年由美国加州大学戴维斯分校机械工程系D.E.Kamopp教授等人提出。
悬架系统的半主动控制研究与开发是现代控制领域与车辆动力学的一个国际性前沿课题。悬架是保证汽车安全性的重要装置,开发能够满足人们对其安全、舒适、高效、节能、清洁和智慧型化等要求的汽车悬架系统既是这一领域的发展的方向,又是对汽车工业的一大挑战。

悬架系统分类及对比

悬架系统主要由弹簧和阻尼减振器组成,是车架与车桥之间传力装置的总称。主要功能不仅包括隔绝或缓和路面不平引起的振动和冲击、改善车辆行驶的平顺性、保持轮胎与地面的附着力、提供给汽车良好的操纵稳定性,而且还影响汽车的牵引、转向及动挠度性能。

被动悬架控制系统

被动悬架一般是由参数值固定的弹簧和阻尼减振器组成。它具有结构简单,可靠性强,不消耗能量等优点,但这种悬架系统的阻尼和刚度参数一般是通过经验设计方法选择,一经确定,在汽车行驶过程中就无法适应外部环境的变化而不能实时调节。因此,在複杂多变的环境或性能要求高的情况下,被动悬架就难以达到较为理想的性能要求了,这也就限制了被动悬架系统性能的改善和发展。

主动悬架控制系统

主动悬架主要由测量系统、反馈控制中心、能量动力源和电子控制执行器四个部分组成,其设计的特点是以主动力发生装置替代或者是部分替代被动悬架系统中的弹篑和阻尼减振器。它的工作原理是将测量系统获得的车体振动信息传递给控制中心进行处理,控制中心发出指令给能量源产生控制力,最后由电子控制执行器衰减悬架的振动。与被动悬架系统相比主动悬架系统有明显的优势,但是结构複杂,需要外加能源且造价高,所以发展受到了一定的制约,只在少数高级轿车中有所套用。

半主动悬架控制系统

半主动悬架由具有可变特性的弹黄或阻尼减振器组成,其减振方式、原理与被动悬架相似,但是悬架参数可在一定的範围内调节,可获得类似主动控制的减振效果而且结构简单,工作时几乎不消耗车辆动力,所以在现有研究中有关可调阻尼减振器实现的半主动控制较丰富尤其是基于磁流变阻尼器的半主动控制研究故有较好的套用前景。
与被动、主动系统对比如图所示。
半主动控制系统

研究意义

半主动悬架由具有可变特性的弹黄或阻尼减振器组成,其减振方式、原理与被动悬架相似,但是悬架参数可在一定的範围内调节,可获得类似主动控制的减振效果,而且结构简单,工作时几乎不消耗车辆动力,所以在现有研究中有关可调阻尼减振器实现的半主动控制较丰富,尤其是基于磁流变阻尼器的半主动控制研究。故有较好的套用前景。

我国发展现状

我国在半主动悬架领域也做了一些研究工作。林野通过研究单自由度系统半主动悬架的振动传递性质,提出了正对开关控制髙频震颤问题的改进方法;同济大学的陆正刚研巧了空气弹簧辅助腔对半主动悬架控制的影响;西南交通大学王月明等通过仿真研究了半主动悬架开关控制的简化方法;铁道科学研究院姚建伟等人将模糊控制引入铁路车辆半主动控制中并进行了相关实验研究;铁道科学研究院的董孝卿等人针对铁道车辆半主动悬架系统通过仿真研究最优控制理论的控制效果。

系统构成

半主动悬架控制系统包括参数可控元件,及通过感测器获取的车辆信息和轨道线路信息,按照一定的控制算法,通过调节悬架元件的参数,使获得一定的半主动控制力,改善车辆的动力学性能。
半主动悬架控制系统由中屯、控制单元、终端控制单元和感测器组成。每个转向架设有一个中也控制单元,中也控制单元的主要功诏是实时检测车辆和线路状态,通过计算得到主动控制力矩的大小。每个磁流液变阻尼器设有一台终端控制单元。终端控制单元的主要功能是控制磁流液变阻尼器的控剌电流强度,使磁流液变阻巧器组产生获得期望的主动控制力矩建立的巧流液变阻尼器控制逆模型就是用于终端控制单元。通过终端控制单元磁流液变阻尼器逆模型,输入期望阻尼力的大小,输出磁流液变阻尼器控制电流强度值,从而产生与期望主动控制力矩相符的半主动力矩。半主动恳架控制系统结构如下图所示。
半主动控制系统

控制策略

状态一:如果轮对角速度小于转向架角速度且沖角绝对值正在变大,在这种状态下,需要提高磁流液变阻尼器的阻尼係数产生主动控制力矩来减小沖角;
状态二:如果此时轮对角速度大于转向架角速度且沖角绝对值正在变大,在这种状态下,需要提髙磁流液变阻尼器的阻尼係数产生主动控制力矩来减小沖角;
状态三:如果轮对角速度大干转向架角速度且沖角绝对值正在变小,在运种状态下,需要减小磁流液变阻尼器的阻尼係数促进减小沖角;
状态四:如果轮对角速度小于转向架角速度且沖角绝对值正在变小,在这种状态下,需要减小磁流液变阻尼器的阻尼係数促进减小沖角。
半主动控制系统

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