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原文传递横向互联空气悬架特性及仿天棚互联状态控制理论研究

论文题名：	横向互联空气悬架特性及仿天棚互联状态控制理论研究
关键词：	空气悬架;横向互联;侧倾角刚度;互联状态控制;模糊神经网络
摘要：	空气悬架具有较好的刚度特性和便于车身高度调节的优点，在车辆领域应用日益广泛。为进一步提升空气悬架性能，国内外学者提出多种衍生结构，本课题所涉及互联空气悬架便是其中之一。相比于传统空气悬架，互联空气悬架具备更优良的隔振、消扭能力，可进一步提高车辆行驶平顺性。互联空气悬架有横向互联和纵向互联两种结构，相比于纵向互联空气悬架，横向互联空气悬架利用较小的互联管路便可充分发挥互联效果，适用于底盘空间有限的中小型车辆。然而横向互联会降低空气悬架侧倾刚度，严重影响车辆转弯时的操纵稳定性，故直至目前，横向互联空气悬架的应用十分有限。　　近年来，互联液压悬架、互联油气悬架等其它传力介质互联悬架领域的研究结果表明，通过合理控制互联状态，可显著缓解车辆行驶平顺性与操纵稳定性的矛盾，这为解决横向互联空气悬架导致车辆操纵稳定性降低的问题提供了宝贵的思路：若能合理建立适用于横向互联空气悬架的互联状态控制策略，则有望在提升悬架隔振、消扭能力的同时，保持良好的操纵稳定性。因此，本文在深入分析横向互联空气悬架特性的基础上，开展互联状态控制理论研究，以期为横向互联空气悬架及其互联状态控制器设计提供理论基础和技术支撑。　　首先，参考国内外既有研究成果，从气体交换的角度阐释横向互联空气悬架工作原理。结合流体力学、工程热力学等理论，建立横向互联空气弹簧模型；考虑簧上质量垂向运动模态、侧倾运动模态、俯仰运动模态、扭转运动模态以及四个簧下质量的垂向运动模态，建立8自由度整车动力学模型；将左右路面相干性、后轮激励相对前轮激励的时滞等因素考虑在内，建立路面激励模型；将以上三部分模型整合，形成横向互联空气悬架整车动力学仿真模型。基于MTS-320四通道液压伺服激振试验台，搭建互联空气悬架整车试验台架。采用仿真与试验相结合的方式，深入研究互联空气悬架隔振、消扭、侧倾特性，并分析了互联管径、互联结构对互联效果的影响规律。研究表明，互联可显著提升空气悬架隔振、消扭能力，且互联效果与互联管径呈正相关性；若采用相同的互联管径，横向互联效果较之纵向互联更加显著；横向互联会降低车辆侧倾刚度，因而对横向互联空气悬架实施互联状态控制十分必要；仿真结果与试验结果吻合程度较高，仿真模型的准确性得到验证。　　其次，从互联对悬架动侧倾角刚度的角度重新阐释横向互联空气悬架工作机理，通过研究互联状态与外界激励对悬架动侧倾角刚度的影响规律，揭示互联状态对整车动态特性影响的本质特征。在此基础上，分析不同频域区间内空气悬架各部件对悬架动侧倾刚度的贡献度，进而提出一种新的互联管径选定方法，并将空气悬架横向互联状态控制问题归结为悬架动侧倾刚度控制问题，明晰了互联状态控制需求。　　再次，借鉴天棚阻尼控制的思想，以减小车身侧倾为目标，创新性地提出仿天棚互联状态控制理论。深入分析控制算法中滞回区间上下边界对系统响应和控制效果的影响规律，并利用遗传算法对滞回区间边界进行优化，得到不同行驶工况下，使车辆综合动力学性能达到最佳的滞回区间边界。在几种典型工况下，采用优化后的滞回区间，受控空气悬架令车辆行驶平顺性的提升幅度相当于互联空气悬架73％以上，令车辆操纵稳定性的下降幅度则不超过互联空气悬架的22%，这证明仿天棚互联状态控制策略满足互联状态控制需求，可在显著提升车辆行驶平顺性的同时，保障车辆的行驶安全。建立空气悬架仿天棚互联状态控制试验平台，模拟直线行驶工况进行了互联状态控制试验，试验结果与仿真结果吻合度较高，控制模型的准确性在较大程度上得到验证。　　最后，将模糊神经网络理论引入仿天棚互联状态控制，并提出一种新的路面不平度辨识方法，使滞回区间边界可根据行驶工况动态调整，形成滞回区间自适应仿天棚互联状态控制策略。研究表明，新的路面不平度辨识方法辨识效果良好，可满足控制需求；相比于滞回区间固定的控制策略，滞回区间自适应仿天棚互联状态控制策略的综合控制效果更佳，对行驶工况变化的适应能力更强。
作者：	琚龙玉
专业：	载运工具运用工程
导师：	李仲兴
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文