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智能半主动悬架系统的随机非线性动力学研究

沈宇航  
【摘要】:汽车半主动悬架系统是保证汽车实现驾驶安全性和乘坐舒适性两项重要指标的主要部件,但是对于弹性元件刚度可控的汽车智能半主动悬架系统的研究还较少,特别是用随机非线性动力学理论,对随机因素的影响进行研究的就更鲜见。本文研究了带有磁控形状记忆合金弹簧作动器的智能汽车半主动悬架系统的随机动力学特性,主要做了以下工作: 考虑轮胎材料自身的不均匀性等随机因素的影响,首先建立了带有磁控记忆合金弹簧作动器的汽车半主动悬架随机振动模型,首先,用随机平均法对模型进行化简,再运用拟不可积Hamilton系统的相关理论和Oseledec乘性遍历定理求解模型的最大Lyapunov指数,从而得到了模型的局部稳定性条件;还利用随机系统边界性质判定了汽车半主动悬架随机系统的全局稳定性,从而得到了全局稳定的条件;并通过计算随机系统的最大Lyapunov指数和求解平稳概率密度函数的FPK方程,得到了悬架振动系统发生随机Hopf分岔的条件,最后,还对平稳概率密度函数进行了数值模拟,验证了理论分析的正确性。 通过分析汽车半主动悬架随机振动系统的奇异边界性态,计算出了系统发生首次穿越的条件:首先建立了包含可靠性函数和首次穿越时间的概率密度函数的Backward Kolmogorov方程,再结合初始条件和边界条件,提出首次穿越问题,并以初始能量、噪声强度、汽车轮胎的等效刚度和磁控形状记忆合金弹簧作动器的可控参数为变量分别进行了数值计算。本文还通过添加控制器建立了受控悬架系统的模型,并利用随机动态规划原理提出了以最大可靠性函数为目标的随机最优控制策略,还利用有限差分法,以控制约束力和初始能量等可控参量为变量,对受控系统的可靠性函数、首次穿越时间的概率密度函数进行了数值仿真。


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