汽车主动悬架自适应模糊PID控制研究

34机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE第2期2014年2月汽车主动悬架自适应模糊PID控制研究伍良生，洪豪，马建峰，卢成龙北京工业大学机械工程及应用电子技术学院，北京100124摘要轮胎的动平衡性能是衡量轮胎质量优劣的重要指标，不平衡量检测是轮胎出厂前的必要检测项目。研究轮胎动平衡测试中数学模型建立与分析、硬件系统构成、信号提取分析与处理、并在此基础上应用VBNET开发测试系统软件，实现人机交互。采用按周期分段平滑滤波去除奇异点和数字带通滤波相结合的方法精确获取时域信号；并首次提出并采用标准SINC函数弥补F兀在非整周期截断时的泄露效应带来的误差，保证频域信号的准确获得。该检测系统重复性好、检测精度高。关键词动平衡；FFT；VBNET；信号处理；信号误差分析中图分类号TH16；U463文献标识码A文章编号10013997201402003403ADAPTIVEFUZZYPIDCONTROLSTUDIESONVEHICLEACTIVESUSPENSIONWULIANGSHENG，HONGHAO，MAJIANFENG，LUCHENGLONGCOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGANDAPPLIEDELECTRONICSTECHNOLOGY，BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，BEIJING100124CHINAABSTRACTTREBALANCINGPEARMNCEISANIMPORTANTINDICATORTOMEASURETHEQUALITYOFTHETIRE，ANDTHETIREUNBALANCEDETECTIONISESSENTIALTESTBEFORETHETIREGOESOUTOFTHEFACTORYRESEARCHONTIREBALANCINGTESTSYSTEMBUILDPROCESS，MATHEMATICALMODELANALYSIS，ANALYSISANDPROCESSINGOFTHESIGNALEXTRACTION，ONTHISBASISUSEDVBNETTOBUILDMEASUREMENTSYSTEMSOFTWARE，ATLASTACHIEVINGHUMANCOMPUTERINTERACTIONHUSEDPIECEWISESMOOTHFIHERINGREMOVESINGULARITYBYCYCLEANDDIGITALBANDPASSFILTERINGMETHODOFCOMBININGPRECISEACCESSTOTIMEDOMAINSIGNAL；ANDTHEFIRSTTIMEPROPOSEDANDADOPTEDSINCFUNCTIONTOCOMPENSATEFORTHELEAKAGEOFTHEF兀、INTHENONINTEGRALPERIODTRUNCATIONERRORTOGUARANTEETHEACCURACYOFTHEFREQUENCYDOMAINSGNALOBTAINEDTHEDETECTIONSYSTEMHASAGOODREPEATABILITY，ANDHIGHPRECISIOKEYWORDSDYNAMICBALANCE；FFT；VBNET；SIGNALPROCESSING；SIGNALERRORANALYSIS1引言近年随着我国经济的高速发展，基础设施建设的不断完善，高等级公路里程的迅速增加，同时汽车的性能越来越好，对车轮动平衡的性能提出了更高的要求。轮胎作为车辆的重要部件，其性能直接关系到行驶的安全I生和舒适性，在车辆的行驶过程中，轮胎的不平衡量引起车身的振动，而车身的振动不仅影响乘坐的舒适性和操纵的稳定性，而且还加剧轮胎的偏磨、引起相应零部件的磨损和振动_1L。轮胎动平衡机测试系统是集成机械、电子、自动化、计算机软件开发、数字信号处理、理论力学、信号采集与测量、数据库、嵌入式系统等多学科于一身、精确测量轮胎不平衡量的轮胎质量检测设备闭。论述了轮胎动平衡测试中数学模型建立与分析、测试系统的硬件构成、不平衡信号的采集、提取分析与处理、应用VBNET软件平台开发了测量系统软件，实现人机交互。在信号采集与处理方面采用按周期分段平滑滤波去除奇异点和数字带通滤波相结合的方法精确获取时域信号；应用SINC函数弥补FRR在非整周期截断时的泄露误差，保证获取频域信号的准确性。所开发的系统已成功应用于某公司的轮胎动平衡测试机中，取得了较好的经济效益。2轮胎动平衡测量原理及力学分析动平衡机按其支承特L生不同，可将其分为软支承动平衡机和硬支承动平衡机软支承动平衡机是指其平衡转速高于转子一支撑系统固有频率，传感器所检测出的信号与振动位移成正比；硬支承动平衡机是指其平衡转速低于转子一支撑系统固有频率，支承刚度大，传感器所检测出的信号与支承的振动力成正比。轮胎动平衡机的工作转速一般较低，大大低于支承的固有频率，因此属于硬支承动平衡机。根据刚性转子的双面平衡原理，对于任一不平衡的刚性转子都可以将其不平衡量转化到任意选择的与主轴垂直的两个校正平面上，并在这两个校正面上进行校正得到平衡。在进行轮胎动平衡检测时，一般设定轮辋宽度为校正面间距，轮辋半径为校正平面的校正半径。轮胎的不平衡量就等效简化为在校正平面上且距旋转轴线校准半径处的不平衡量。轮胎动平衡测量原理，如图1所示。来稿日期20130709基金项目国家自然科学基金青年基金51105006作者简介伍良生，1949一，男，江西高安人，博士，教授，主要研究方向机械工程测试技术与信号处理；洪豪，1988一，男，安徽庐江人，硕士，主要研究方向机械工程测试与信号处理NO2FEB2014机械设计与制造39学机械抛光，研究抛光液PH值对材料去除率的影响F71，一些科研人员认为碱性抛光液中的一OH离子和碳化硅表面悬挂的单一硅原子键发生化学反应形成SIO，SIO与SIC相比要软的多，然后通过抛光液中磨粒和工件表面的研磨作用去除材料。但是，TROGOLO和RAJAN持有另外一种看法硅在抛光液中溶解生成SIOHDB，SIOH在高PH值的抛光液中溶解。实验结果表明过高PH值的抛光液并不一定会加速材料去除率，抛光液PH值的效果取决于所用抛光液的类型，温度升高，抛光垫纤维的动态剪切模量减小，进而影响抛光垫的性能，动态剪切模量减小使工件和抛光垫接触深度增加，进而接触更多的抛光液磨粒。一OH离子能够削弱SIC键，高的PH值提高了一OH离子的浓度从而加快化学反应速度。抛光液的PH值随着温度的升高而降低，这是因为从碳酸HCO中电离出来的H擞量不断增加，进而影响抛光液的PH值。一般情况下，料去除率随着抛光液的分散性提高而增大。文献提出，碱性抛光液中含有大量的一OH离子，一OH离子破坏SISI键形成SIOH，每个SI原子有四个SISI键，若所有的SISI键被SIOH键代替便形成了可溶性硅酸盐，但是如果某个原子的SISI键中有一个以上没有被破坏那么就不会形成可溶性硅酸盐，而是在表面形成一层氧化膜，进而很容易的通过抛光液中磨粒和工件的机械作用将表面一层材料去除。3结论CMP是一项复杂的工艺技术，其材料去除机理主要包括机械作用和化学作用，目前只能通过宏观模型解释CMP中的机械作用，而化学作用的机理模型的研究有待深入。材料去除微观理论的研究还未形成统一学说，因素间的耦合作用对抛光系统各个组成部分性能的影响尚未明确。这对CMP的工业化应用产生了一定的局限陛。因而，针对目前现状，需要针对以下方面对CMP技术进行深入研究1深入研究CMP过程中的流体动力学，分析磨粒的运动轨迹对抛光质量的影响；2从微观的角度原子和分子作用解释表面材料的去除机理，分析CMP中有效作用的磨粒并建立抛光垫、磨粒和工件表面的接触模型，建立合理的力学公式；3突破目前将CMP机械作用和化学作用分开研究的局限眭，综合考虑机械作用和化学作用以及各因素的耦合作用，建立CMP模型。参考文献1黄传锦，周海，陈西府化学机械抛光的理论模型研究综述IJ1机械设计与制造，201011256258HUANGCHUANJIN，ZHOUHAL，CHENXIFUSTUDYTHECHEMICMECHANICALONSAPPHIRESUBSTRATEJMACHINERYDESIGNMANUFACTURE，2010112562582宋晓岚，李宇煜，江楠化学机械抛光技术研究进展J化工进展，200812630SONGXIAOLAN，LIYUKUN，JIANGNANRECENTDEVELOPMENTOFCHEMICALMECHANICALPOLISHINGLJCHEMICALINDUSTIYANDENGINEERINGPROCESS，2008126303EVANSCJ，PAULE，DORNFELDDMATERIALREMOVALMECHANISMSINLAPPINGANDPOLISHINGJCIRPANNALSMANUFACTURINGTECHNOLOGY，200326116334FUG，CHANDRA，A，GUHA，S，SUBHASH，GAPLASTICITY_BASEDMODELOFMATERIALREMOVALINCHEMICALMECHANICALPOLISHINGCMPCJIEEETRANSACTIONSONSEMICONDUCTORMANUFACTURING。200114404175KWOND，KIMH，JEONGI4HEATANDITSEFFECTSTOCHEMICALMECHANICALPOLISHINGJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY，2006182876LEEHS，KIMDI，ANJHHYBRIDPOLISHINGMECHANISMOFSINGLECRYSTALSICUSINGMIXEDABRASIVESLURRYMASJCIRPANNALSMANUFACTURINGTECHNOLOGY，2010193333367NESLENCL，MITCHELWC，HENGEHOLDRLEFFECTSOFPROCESSPARAMETERVARIATIONSONTHEREMOVALRATEINCHEMICALMECHANICALPOLISHINGOF4HSICJJOURNALOFELECTRONICMATERIALS2001101211258JAINVK，RANJANP，SURIVKCHEMOMECHANICALMAGNETORHEOLOGICALFINISHINGCMMRFOFSILICONFORMICROELECTRONICSAPPLICATIONSJJCIRPANNALSMANUFACTURINGTECHNOLOGY，201059323328上接第36页参考文献1刘迎澍，关静，李家国轮胎动平衡测量系统JJ、型内燃机与摩托车，2007，364LIUYINGSHU，GUANJING，LIJIAGUOCALCULATIONOFTIREDYNAMICBALANCEJSMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLE，2007，3642都强，杭柏林轮胎动平衡数据处理及管理系统J橡塑技术与装备，200614751DUQIANG，HANGBAILINTIREDYNAMICANDBALANCEDATATREATMENTANDMANAGINGSYSTEMJCHINARUBBERPLASTICSTECHNOLOGYANDEQUIPMENT，2O06147513叶能安动平衡原理与动平衡机M武汉华中科技大学出版社，1985YENENGANPRINCIPLEOFBALANCINGANDDYNAMICBALANCINGMACHINEMWUHANHUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYPRESS，19854姜超浪全自动充气式轮胎动平衡试验机测控系统的开发J计算机测量与控制，2004，126532536JIANGCHAOLANGDEVELOPMENTOFTIREDYNAMICBALANCEMEASURIN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