考虑轮胎阻尼汽车半主动悬架滑模控制研究
发布时间：2020-11-03 12:38
悬架系统是影响汽车行驶平顺性和安全性的关键部件。半主动悬架系统性能优越、结构简单、成本低,是目前悬架研究的热点之一。半主动悬架研究的两个核心内容:一是高性能阻尼可调减振器的开发,二是半主动控制策略的研究。控制策略的研究需要精确的模型作为支撑,轮胎由于其材料、结构的原因,是一个有着复杂非线性的系统。目前,大多数悬架研究都忽略了轮胎阻尼对悬架振动传递特性的影响,将轮胎用一个简单的弹簧来代替。本文旨在建立一个准确、高效的轮胎非线性刚度和阻尼模型,并针对考虑轮胎阻尼的悬架模型设计滑模半主动控制策略。因此本文围绕轮胎非线性刚度和阻尼模型、轮胎阻尼对悬架系统振动传递特性的影响、以及半主动悬架控制策略进行了研究,主要内容包括:第一,轮胎非线性刚度和阻尼建模:回顾了现有的轮胎非线性刚度和阻尼模型,设计轮胎动态加载实验,根据轮胎的力学特性选取合适的模型进行参数辨识,得到模型参数。第二,轮胎阻尼对悬架系统振动传递特性的影响分析:对比是否考虑轮胎阻尼的悬架系统仿真曲线,分析轮胎阻尼对悬架振动传递特性以及频域曲线中“不变点”的影响。仿真结果表明当车速较高,激振频率在4～10Hz时,考虑轮胎阻尼会使簧载质量加速度、悬架动行程以及轮胎动载荷值降低,并且在二阶共振频率处,轮胎阻尼能够使簧载质量和非簧载质量之间的运动耦合,频域曲线中的不变点消失,打破传统四分之一车模型中此处振动特性无法改善的限制。第三,考虑轮胎阻尼的半主动悬架控制策略研究:针对考虑轮胎非线性阻尼的悬架系统,设计滑模控制器;通过和天棚阻尼控制以及被动悬架进行对比,验证了滑模控制器对非线性悬架系统的控制效果。仿真结果显示在4～8Hz的范围内,滑模控制能够降低车身加速度和轮胎动载荷值,且控制效果优于天棚阻尼控制;但在二阶共振频率处(10Hz),若不考虑轮胎阻尼,滑模控制无法改变此处的振动特性,考虑轮胎阻尼后,滑模控制可以大幅降低此处簧载质量加速度值。第四,半主动悬架控制策略硬件在环实验验证:为了验证所设计滑模控制器的控制效果,设计脉冲路面、正弦路面以及随机路面下的硬件在环实验。实验结果和仿真一致性较高,验证了滑模控制可以有效的改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性,达到预期效果。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.33
【部分图文】：
轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动，因此，汽车悬架系统和车辆行驶平顺性、操纵稳??定性等性能息息相关。??悬架系统可以分为独立悬架和非独立悬架。如图１．１?（ａ）和（ｂ）所示，非独立悬??架由一根车轴连接左右两轮，再通过弹性元件与车架相连；独立悬架采用断开式车桥，??中间固定于车架上，两侧车轮遇到障碍物可以单独跳动，互不影响。非独立悬架结构简??单，造价低廉，但左右轮跳动容易相互影响，不利于平顺性的提高，主要用于载重量较??大的客车与卡车上。独立悬架结构复杂，造价昂贵，但簧下质量小，有利于改善平顺性，??并且可以通过合理的设计将发动机等部件安装在较低位置，降低车辆的重心，独立悬??架主要用在轿车上。??（ａ）非独立悬架?（ｂ）独立悬架??图１．１悬架分类Ｉ??悬架系统根据参数能否调整可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。如图１．２（ａ）??所示，传统的被动悬架结构简单、可靠性高、成本低，其刚度和阻尼是按经验或优化设??２??
轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动，因此，汽车悬架系统和车辆行驶平顺性、操纵稳??定性等性能息息相关。??悬架系统可以分为独立悬架和非独立悬架。如图１．１?（ａ）和（ｂ）所示，非独立悬??架由一根车轴连接左右两轮，再通过弹性元件与车架相连；独立悬架采用断开式车桥，??中间固定于车架上，两侧车轮遇到障碍物可以单独跳动，互不影响。非独立悬架结构简??单，造价低廉，但左右轮跳动容易相互影响，不利于平顺性的提高，主要用于载重量较??大的客车与卡车上。独立悬架结构复杂，造价昂贵，但簧下质量小，有利于改善平顺性，??并且可以通过合理的设计将发动机等部件安装在较低位置，降低车辆的重心，独立悬??架主要用在轿车上。??（ａ）非独立悬架?（ｂ）独立悬架??图１．１悬架分类Ｉ??悬架系统根据参数能否调整可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。如图１．２（ａ）??所示，传统的被动悬架结构简单、可靠性高、成本低，其刚度和阻尼是按经验或优化设??２??
＾?＝?＾?＋２＾２＾?（２．１２）??ｄｏ??轮胎静刚度拟合曲线如图２．３所示，从图中可以看出，轮胎的静态刚度和轮胎变形??量之间存在一定的非线性关系，轮胎径向载荷曲线的斜率即静刚度，会随着轮胎变形??量的增大而逐渐增大。由式（２．１２）也可以看出，随着轮胎变形量的增大，轮胎的静态??刚度也会增大。??７０００?－??＞静态加载试验??６０００????拟合曲线??５０００?－??＾?４０００?－??Ｉ?Ｘ??ｉｇ?３０００?－??２０００?－?、乂??ｙ??１０００?－??〇??１?１?１?１?１?ｉ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??变形５?［ｍｍ】??图２．３轮胎静刚度和变形的关系曲线??为了得到轮胎的动态刚度和阻尼特性，假设轮胎动态力为轮胎弹性力和阻尼力的??叠加，即：??Ｆ?＝?Ｆｋ?＋?Ｆｃ?＝?ｋｘ?＋?ｃｘ?（２．１３）??其中Ｆ为轮胎力，Ａ轮胎弹性力，尺轮胎阻尼力。??１６??
【参考文献】
本文编号：2868582
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.33
【部分图文】：
轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动，因此，汽车悬架系统和车辆行驶平顺性、操纵稳??定性等性能息息相关。??悬架系统可以分为独立悬架和非独立悬架。如图１．１?（ａ）和（ｂ）所示，非独立悬??架由一根车轴连接左右两轮，再通过弹性元件与车架相连；独立悬架采用断开式车桥，??中间固定于车架上，两侧车轮遇到障碍物可以单独跳动，互不影响。非独立悬架结构简??单，造价低廉，但左右轮跳动容易相互影响，不利于平顺性的提高，主要用于载重量较??大的客车与卡车上。独立悬架结构复杂，造价昂贵，但簧下质量小，有利于改善平顺性，??并且可以通过合理的设计将发动机等部件安装在较低位置，降低车辆的重心，独立悬??架主要用在轿车上。??（ａ）非独立悬架?（ｂ）独立悬架??图１．１悬架分类Ｉ??悬架系统根据参数能否调整可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。如图１．２（ａ）??所示，传统的被动悬架结构简单、可靠性高、成本低，其刚度和阻尼是按经验或优化设??２??
轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动，因此，汽车悬架系统和车辆行驶平顺性、操纵稳??定性等性能息息相关。??悬架系统可以分为独立悬架和非独立悬架。如图１．１?（ａ）和（ｂ）所示，非独立悬??架由一根车轴连接左右两轮，再通过弹性元件与车架相连；独立悬架采用断开式车桥，??中间固定于车架上，两侧车轮遇到障碍物可以单独跳动，互不影响。非独立悬架结构简??单，造价低廉，但左右轮跳动容易相互影响，不利于平顺性的提高，主要用于载重量较??大的客车与卡车上。独立悬架结构复杂，造价昂贵，但簧下质量小，有利于改善平顺性，??并且可以通过合理的设计将发动机等部件安装在较低位置，降低车辆的重心，独立悬??架主要用在轿车上。??（ａ）非独立悬架?（ｂ）独立悬架??图１．１悬架分类Ｉ??悬架系统根据参数能否调整可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。如图１．２（ａ）??所示，传统的被动悬架结构简单、可靠性高、成本低，其刚度和阻尼是按经验或优化设??２??
＾?＝?＾?＋２＾２＾?（２．１２）??ｄｏ??轮胎静刚度拟合曲线如图２．３所示，从图中可以看出，轮胎的静态刚度和轮胎变形??量之间存在一定的非线性关系，轮胎径向载荷曲线的斜率即静刚度，会随着轮胎变形??量的增大而逐渐增大。由式（２．１２）也可以看出，随着轮胎变形量的增大，轮胎的静态??刚度也会增大。??７０００?－??＞静态加载试验??６０００????拟合曲线??５０００?－??＾?４０００?－??Ｉ?Ｘ??ｉｇ?３０００?－??２０００?－?、乂??ｙ??１０００?－??〇??１?１?１?１?１?ｉ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??变形５?［ｍｍ】??图２．３轮胎静刚度和变形的关系曲线??为了得到轮胎的动态刚度和阻尼特性，假设轮胎动态力为轮胎弹性力和阻尼力的??叠加，即：??Ｆ?＝?Ｆｋ?＋?Ｆｃ?＝?ｋｘ?＋?ｃｘ?（２．１３）??其中Ｆ为轮胎力，Ａ轮胎弹性力，尺轮胎阻尼力。??１６??
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 叶光湖;盛云;吴光强;;考虑人体坐姿模型的汽车主动悬架最优控制[J];汽车技术;2013年04期
2 聂信天;史立新;顾浩;朱思洪;;农用轮胎径向刚度和阻尼系数试验研究[J];南京农业大学学报;2011年05期
3 朱茂飞;陈无畏;祝辉;;基于磁流变减振器的半主动悬架时滞变结构控制[J];机械工程学报;2010年12期
相关硕士学位论文 前1条
1 祁祥;面向分布式驱动电动车操稳和平顺性的悬架橡胶衬套优化[D];吉林大学;2015年
本文编号：2868582
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