基于AMESim的客车ECAS车身高度及整车姿态控制研究

发布时间：2017-07-17 00:03

  本文关键词：基于AMESim的客车ECAS车身高度及整车姿态控制研究

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【摘要】：作为一类先进的车辆悬架系统,电控空气悬架(Electronically Controlled Air Suspension,ECAS)以其卓越的性能优势逐渐被广泛应用于城市公交客车、旅游巴士、重型装载车辆以及高级乘用车上。与传统机械式车辆悬架相比,ECAS的突出优势及主要特色之一在于空气弹簧能够有效进行充放气调节,即实现车身高度的实时可调。在此基础上,进一步结合可调阻尼减振器,ECAS便能有效保证车辆在载荷及道路行驶工况复杂多变情况下的整车综合性能,从而有效提升车辆操纵稳定性、燃油经济性以及乘坐舒适性。随着ECAS研究的不断深入,作为核心技术之一的ECAS车高调节控制系统设计已逐渐成为相关领域的研究热点。本文针对客车ECAS在车高调节过程中出现的空气弹簧过充、过放、车身高度在目标值附近震荡以及车身侧倾角和俯仰角过大(整车姿态失稳)等不良现象,基于AMESim和滑模变结构控制技术进行客车ECAS车身高度及整车姿态控制研究。为准确掌握ECAS在车高调节过程中存在的复杂动态特征,建立了ECAS整车车高调节系统模型,在此基础上,完成了客车ECAS车高调节及整车姿态滑模变结构控制器设计,最后实现了系统控制性能的联合仿真和实车道路试验。论文的主要研究工作总结如下:首先,对ECAS车高调节系统的工作机理进行了深入分析,结合变质量充放气系统热力学理论和车辆系统动力学理论,建立了整车ECAS车高调节系统数学模型,明确了客车ECAS车高调节及整车姿态控制过程中的控制变量。与此同时,为便于后续系统控制性能的有效验证,基于AMESim建模与仿真平台建立了客车ECAS整车车高调节系统物理模型。其次,为有效解决客车ECAS在车高调节过程中出现的各类不良现象,保证车高调节控制精度及整车姿态的稳定性,采用滑模变结构控制算法设计了ECAS车高调节及整车姿态控制器,实现了对ECAS在车高调节及整车姿态控制过程中流入或流出各空气弹簧内的空气质量流量的有效控制。再次,通过建模仿真平台接口提供的有效工具将基于Matlab/Simulink搭建的ECAS车高调节及整车姿态控制器与在AMESim仿真平台上建立的ECAS整车车高调节系统物理模型相连接,从而实现了基于AMESim的系统控制性能联合仿真分析。仿真结果表明,所设计的控制器能够有效解决客车ECAS在车高调节过程中存在的不良现象,并且响应迅速、控制精度高,满足实际控制要求。最后,为进一步验证所设计的客车ECAS车高调节及整车姿态控制系统的有效性和可靠性,开发了ECAS车高调节及整车姿态快速控制原型,随后基于某款装备ECAS系统的城市公交客车完成了控制系统的实车道路试验。实车试验结果表明,所设计的ECAS车高调节及整车姿态控制器控制效果良好,有效改善了客车ECAS车高调节精度及整车姿态控制性能。
【关键词】：电控空气悬架系统 车高调节 姿态控制 滑模变结构 联合仿真
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 空气悬架系统概述12
• 1.2 电控空气悬架系统12-18
• 1.2.1 ECAS系统结构组成及其工作原理13-15
• 1.2.2 ECAS研究现状15-16
• 1.2.3 ECAS车高调节与姿态控制研究现状16-17
• 1.2.4 ECAS车高调节与姿态控制研究的关键问题17-18
• 1.3 研究目的和主要内容18-21
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究内容19-21
• 第二章 ECAS整车车高调节系统建模21-35
• 2.1 ECAS整车车高调节原理21-23
• 2.2 ECAS整车车高调节系统数学建模23-30
• 2.2.1 单组空气弹簧模型数学表达式24-26
• 2.2.2 单轮悬架系统动力学表达式26-27
• 2.2.3 ECAS整车车高调节系统动力学表达式27-30
• 2.3 基于AMESim的ECAS整车车高调节系统物理建模30-34
• 2.3.1 AMESim仿真平台简介30
• 2.3.2 AMESim仿真平台的主要优势30-31
• 2.3.3 AMESim仿真模型建模思路31
• 2.3.4 ECAS整车车身高度调节系统物理模型建立31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 ECAS车高调节与整车姿态控制器设计35-52
• 3.1 ECAS整车车高调节过程分析35-38
• 3.1.1 ECAS车高调节模式36-37
• 3.1.2 ECAS空气弹簧充放气方案设定37-38
• 3.2 ECAS车高调节与整车姿态控制方案38-40
• 3.3 ECAS车高调节与整车姿态控制理论40-43
• 3.3.1 滑模变结构控制简介40-42
• 3.3.2 基于趋近律的滑模控制42-43
• 3.3.3 滑模变结构控制策略设计43
• 3.4 ECAS车高调节与整车姿态控制设计43-49
• 3.4.1 ECAS车高调节滑模变结构控制设计44-45
• 3.4.2 ECAS整车车身姿态滑模变结构控制设计45-47
• 3.4.3 ECAS车高调节与整车姿态控制输出分配规则47-48
• 3.4.4 控制信号输出模块设计48-49
• 3.5 ECAS车高调节与整车姿态控制器模型搭建49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 ECAS车高调节与整车姿态控制系统联合仿真52-61
• 4.1 联合仿真概述52-53
• 4.2 基于AMESim仿真平台的联合仿真技术53-56
• 4.2.1 联合仿真的目的及意义53
• 4.2.2 联合仿真系统设置53-54
• 4.2.3 联合仿真的基本原理54-56
• 4.3 ECAS车高调节与整车姿态控制联合仿真56-60
• 4.3.1 联合仿真模型的建立56-57
• 4.3.2 联合仿真结果分析57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 ECAS车高调节与整车姿态控制实车试验61-74
• 5.1 ECAS实车车高调节控制系统设计61-65
• 5.1.1 试验方案61-63
• 5.1.2 试验仪器63-65
• 5.2 ECAS车高调节控制策略实现65-69
• 5.2.1 D2P平台简介65-67
• 5.2.2 基于D2P的系统控制开发流程67-69
• 5.3 ECAS客车车高调节系统标定69-71
• 5.3.1 位移传感器的标定70-71
• 5.3.2 车身高度模式的标定71
• 5.4 实车试验分析71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 研究总结和展望74-76
• 6.1 研究总结74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间参加的科研项目及学术成果80

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