橫向互聯(lián)空氣懸架特性及仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制理論研究.pdf

1、空氣懸架具有較好的剛度特性和便于車身高度調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，在車輛領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。為進(jìn)一步提升空氣懸架性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出多種衍生結(jié)構(gòu)，本課題所涉及互聯(lián)空氣懸架便是其中之一。相比于傳統(tǒng)空氣懸架，互聯(lián)空氣懸架具備更優(yōu)良的隔振、消扭能力，可進(jìn)一步提高車輛行駛平順性。互聯(lián)空氣懸架有橫向互聯(lián)和縱向互聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)，相比于縱向互聯(lián)空氣懸架，橫向互聯(lián)空氣懸架利用較小的互聯(lián)管路便可充分發(fā)揮互聯(lián)效果，適用于底盤空間有限的中小型車輛。然而橫向互聯(lián)會(huì)降低空氣懸架側(cè)傾

2、剛度，嚴(yán)重影響車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性，故直至目前，橫向互聯(lián)空氣懸架的應(yīng)用十分有限。
　　近年來，互聯(lián)液壓懸架、互聯(lián)油氣懸架等其它傳力介質(zhì)互聯(lián)懸架領(lǐng)域的研究結(jié)果表明，通過合理控制互聯(lián)狀態(tài)，可顯著緩解車輛行駛平順性與操縱穩(wěn)定性的矛盾，這為解決橫向互聯(lián)空氣懸架導(dǎo)致車輛操縱穩(wěn)定性降低的問題提供了寶貴的思路：若能合理建立適用于橫向互聯(lián)空氣懸架的互聯(lián)狀態(tài)控制策略，則有望在提升懸架隔振、消扭能力的同時(shí)，保持良好的操縱穩(wěn)定性。因此，本文在深入分析

3、橫向互聯(lián)空氣懸架特性的基礎(chǔ)上，開展互聯(lián)狀態(tài)控制理論研究，以期為橫向互聯(lián)空氣懸架及其互聯(lián)狀態(tài)控制器設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
　　首先，參考國(guó)內(nèi)外既有研究成果，從氣體交換的角度闡釋橫向互聯(lián)空氣懸架工作原理。結(jié)合流體力學(xué)、工程熱力學(xué)等理論，建立橫向互聯(lián)空氣彈簧模型；考慮簧上質(zhì)量垂向運(yùn)動(dòng)模態(tài)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)模態(tài)、俯仰運(yùn)動(dòng)模態(tài)、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模態(tài)以及四個(gè)簧下質(zhì)量的垂向運(yùn)動(dòng)模態(tài)，建立8自由度整車動(dòng)力學(xué)模型；將左右路面相干性、后輪激勵(lì)相對(duì)前輪激勵(lì)的時(shí)滯

4、等因素考慮在內(nèi)，建立路面激勵(lì)模型；將以上三部分模型整合，形成橫向互聯(lián)空氣懸架整車動(dòng)力學(xué)仿真模型?；贛TS-320四通道液壓伺服激振試驗(yàn)臺(tái)，搭建互聯(lián)空氣懸架整車試驗(yàn)臺(tái)架。采用仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，深入研究互聯(lián)空氣懸架隔振、消扭、側(cè)傾特性，并分析了互聯(lián)管徑、互聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)互聯(lián)效果的影響規(guī)律。研究表明，互聯(lián)可顯著提升空氣懸架隔振、消扭能力，且互聯(lián)效果與互聯(lián)管徑呈正相關(guān)性；若采用相同的互聯(lián)管徑，橫向互聯(lián)效果較之縱向互聯(lián)更加顯著；橫向互聯(lián)會(huì)降低車

5、輛側(cè)傾剛度，因而對(duì)橫向互聯(lián)空氣懸架實(shí)施互聯(lián)狀態(tài)控制十分必要；仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度較高，仿真模型的準(zhǔn)確性得到驗(yàn)證。
　　其次，從互聯(lián)對(duì)懸架動(dòng)側(cè)傾角剛度的角度重新闡釋橫向互聯(lián)空氣懸架工作機(jī)理，通過研究互聯(lián)狀態(tài)與外界激勵(lì)對(duì)懸架動(dòng)側(cè)傾角剛度的影響規(guī)律，揭示互聯(lián)狀態(tài)對(duì)整車動(dòng)態(tài)特性影響的本質(zhì)特征。在此基礎(chǔ)上，分析不同頻域區(qū)間內(nèi)空氣懸架各部件對(duì)懸架動(dòng)側(cè)傾剛度的貢獻(xiàn)度，進(jìn)而提出一種新的互聯(lián)管徑選定方法，并將空氣懸架橫向互聯(lián)狀態(tài)控制問題歸結(jié)為

6、懸架動(dòng)側(cè)傾剛度控制問題，明晰了互聯(lián)狀態(tài)控制需求。
　　再次，借鑒天棚阻尼控制的思想，以減小車身側(cè)傾為目標(biāo)，創(chuàng)新性地提出仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制理論。深入分析控制算法中滯回區(qū)間上下邊界對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)和控制效果的影響規(guī)律，并利用遺傳算法對(duì)滯回區(qū)間邊界進(jìn)行優(yōu)化，得到不同行駛工況下，使車輛綜合動(dòng)力學(xué)性能達(dá)到最佳的滯回區(qū)間邊界。在幾種典型工況下，采用優(yōu)化后的滯回區(qū)間，受控空氣懸架令車輛行駛平順性的提升幅度相當(dāng)于互聯(lián)空氣懸架73％以上，令車輛操縱穩(wěn)定性

7、的下降幅度則不超過互聯(lián)空氣懸架的22%，這證明仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制策略滿足互聯(lián)狀態(tài)控制需求，可在顯著提升車輛行駛平順性的同時(shí)，保障車輛的行駛安全。建立空氣懸架仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制試驗(yàn)平臺(tái)，模擬直線行駛工況進(jìn)行了互聯(lián)狀態(tài)控制試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合度較高，控制模型的準(zhǔn)確性在較大程度上得到驗(yàn)證。
　　最后，將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論引入仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制，并提出一種新的路面不平度辨識(shí)方法，使滯回區(qū)間邊界可根據(jù)行駛工況動(dòng)態(tài)調(diào)整，形成滯回區(qū)間自適