阻尼连续可调油气悬架及其控制技术研究

发布时间：2017-10-20 20:43

  本文关键词：阻尼连续可调油气悬架及其控制技术研究

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【摘要】：为了满足不同行驶工况下整车舒适性和操稳性的要求,悬架系统需要对阻尼和刚度进行实时调节。本文基于高机动越野车平台,对油气悬架系统的阻尼连续可调技术进行深入的理论和试验研究。基于所建立的油气弹簧联合仿真模型,分析了关键结构参数对连续阻尼控制特性和非线性弹性特性的影响规律,并完成了油气弹簧的原理样机试制,通过台架试验对油气弹簧模型进行了验证和修正。进而设计了整车模型参考滑模控制算法,以天棚地棚混合控制算法作为参考模型,通过对混合系数的实时调节,使车辆能够满足在不同行驶工况对操稳性和舒适性的不同需求,并通过硬件在环仿真,对控制算法的实时性、稳定性和有效性进行了验证。论文的主要研究内容和结论如下:(1)基于傅里叶逆变换原理,建立了四轮车辆时域路面激励模型,该模型能够真实反映前后车轮的时滞以及左右车轮相干性等统计特性,四个车轮处路面激励的统计特性与标准推荐的统计特性描述吻合。建立了非线性1/4悬架振动模型和整车14自由度动力学模型,并通过Carsim仿真验证了整车动力学数学模型的正确性,为后续的整车振动状态观测算法推导及整车阻尼控制算法的推导奠定了理论基础。(2)提出了针对油气弹簧的阻尼连续调节的设计方案,通过环形阀片油路与电磁比例阀循环油路的并联设计,实现压缩和伸张行程的阻尼连续调节。建立了叠加阀片组的翘曲变形和压差流量特性微分方程,进而建立了阻尼连续调节油气弹簧的联合仿真模型,分析了关键结构参数对连续阻尼控制特性和非线性弹性特性的影响规律。完成了油气弹簧的原理样机试制,通过台架试验对油气弹簧模型进行了验证和修正。提出了阻尼力多项式拟合公式,从而使得在悬架阻尼控制中能够反求到控制电流值。(3)针对部分振动状态难以测量得到,且油气悬架系统具有强非线性的特性,基于无迹卡尔曼滤波原理,设计了整车非线性振动状态观测器,以悬架动挠度及其速度作为观测算法的输入量,能够准确观测得到簧载质量的垂向振动速度、侧倾角速度、俯仰角速度、车轮垂向振动速度等振动状态信息,相比于扩展卡尔曼滤波算法,该算法能够在不增加运算量的基础上显著提高整车振动状态观测精度。(4)针对车辆在不同行驶工况下对悬架系统阻尼特性需求不同的特点,提出了以天棚地棚混合作为参考模型的非线性滑模控制算法,根据车辆的纵向和侧向加速度信号,判断车辆的行驶工况,对天棚地棚混合度进行实时控制,能够兼顾操纵工况下的稳定性和直线行驶工况下的平顺性。并通过硬件在环仿真,基于工业控制器TTC200开发了半主动悬架的控制器。基于所搭建的半实物仿真平台,对控制算法的实时性、稳定性和有效性进行了试验验证。
【关键词】：阻尼连续可调 油气悬架设计 无迹卡尔曼滤波 车辆悬架控制
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-19
• 第1章 绪论19-33
• 1.1 引言19-21
• 1.2 国内外阻尼可调悬架技术的研究及发展现状21-25
• 1.3 阻尼可调悬架控制算法的研究现状和发展趋势25-27
• 1.4 可控悬架存在的主要问题27-30
• 1.4.1 减振器节流阀片的设计29
• 1.4.2 连续可调油气悬架的结构设计29
• 1.4.3 悬架的控制问题29-30
• 1.5 论文研究的主要内容及意义30-33
• 第2章 车辆悬架系统的建模与仿真验证33-51
• 2.1 基于IFFT的四轮路面时域模型的建立33-39
• 2.1.1 单轮时域激励模型34-35
• 2.1.2 后轮输入的时域激励模型35-36
• 2.1.3 右车轮随机不平度时域激励模型36-37
• 2.1.4 路面随机输入的数值仿真37-39
• 2.1.5 结论39
• 2.2 1/4悬架振动模型的建立39-40
• 2.3 整车动力学模型的建立40-48
• 2.3.1 整车动力学模型40-42
• 2.3.2 轮胎模型42-46
• 2.3.3 模型验证46-48
• 2.4 本章小结48-51
• 第3章 阻尼连续可调油气悬架的仿真与试验研究51-69
• 3.1 阻尼连续可调减振器的工作原理51-52
• 3.2 阻尼连续可调悬架的数学模型52-58
• 3.2.1 减振器伸张行程数学建模53-56
• 3.2.2 减振器压缩行程数学建模56-57
• 3.2.3 油气悬架弹性力的计算57-58
• 3.3 仿真分析58-64
• 3.3.1 常通孔和阀片不同组合形式对减振器阻尼特性的影响59-60
• 3.3.2 电磁调节阀弹簧刚度对减振器阻尼特性的影响60-61
• 3.3.3 电磁调节阀预紧力对减振器阻尼特性的影响61
• 3.3.4 电磁调节阀恒定节流孔直径对减振器阻尼特性的影响61-64
• 3.4 油气悬架台架试验64-66
• 3.5 阻尼力的多项式拟合66-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第4章 车辆整车振动状态观测器的设计69-91
• 4.1 悬架振动观测器设计的意义69-70
• 4.2 非线性卡尔曼滤波算法70-76
• 4.2.1 扩展卡尔曼估计71-73
• 4.2.2 无迹卡尔曼滤波73-76
• 4.3 基于非线性 1/4 悬架模型的观测器设计76-83
• 4.3.1 基于 1/4 车辆悬架模型的无迹卡尔曼估计77-78
• 4.3.2 基于 1/4 悬架模型的簧载质量估计78-79
• 4.3.3 仿真验证79-83
• 4.4 整车悬架振动状态观测器设计83-88
• 4.5 本章小结88-91
• 第5章 悬架阻尼控制算法研究91-107
• 5.1 参考模型91-94
• 5.2 基于滑模控制的悬架控制算法的设计94-98
• 5.3 仿真验证及其讨论98-106
• 5.3.1 工况一随机路面激励98-101
• 5.3.2 工况二凸块路面激励101-102
• 5.3.3 工况三紧急加速制动工况102-104
• 5.3.4 工况四紧急转向104-106
• 5.4 本章小结106-107
• 第6章 悬架控制器的开发与试验验证107-117
• 6.1 悬架控制器的硬件在环试验108-110
• 6.2 硬件在环试验结果及分析110-116
• 6.2.1 随机路面激励工况110-112
• 6.2.2 凸块路面激励工况112-114
• 6.2.3 紧急加速制动工况114-115
• 6.2.4 急速转向工况115-116
• 6.3 本章小结116-117
• 第7章 结论117-119
• 7.1 本文的研究工作总结117-118
• 7.2 论文的创新点118
• 7.3 后续工作展望118-119
• 参考文献119-127
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单127-129
• 致谢129-130
• 作者简介130

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本文编号：1069256