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原文传递汽车空气悬架及其控制系统动力学仿真分析研究

论文题名：	汽车空气悬架及其控制系统动力学仿真分析研究
关键词：	汽车空气悬架;控制系统;动力学特性;仿真分析
摘要：	对装备空气悬架的车辆进行动力学分析时，一般把空气弹簧处理为一系列线性弹簧组合，车辆系统的多体动力学仿真模型不能真实反映非线性参数对车辆动力学影响，不可避免导致动力学仿真分析存在偏差；由于空气悬架存在复杂的“机－电－气－液－控耦合”问题，系统存在强非线性、外部扰动、参数时变等因素的影响，采用常规控制算法，难以满足悬架不断提高的性能要求；由于空气悬架具有强非线性，建立准确的数学模型不易，控制系统开发和系统动力学分析较为困难。因此，建立准确有效的能反映空气悬架的动力学特性的仿真模型对于提高空气悬架研究水平和自主研发能力有着十分重要的学术意义和工程应用价值。　　本课题受国家“863”高技术研究发展计划“多领域物理系统混合建模与仿真平台开发及其在汽车工程中的应用”(2003AA001031)、国家自然科学基金“复杂系统建模与仿真中的多领域约束融合原理研究”(60574053)、国家自然科学基金“车－路耦合作用下智能悬架系统的多领域统一建模”(60674067)、湖北省教育厅”半主动空气悬架控制策略及其动力学仿真分析研究”(D200634002)、湖北省科技厅“城市大客车空气悬架系统研发平台支撑技术研究”（2007AA101C14）、武汉市科学技术局“WG6111EH城市大客车空气悬架系统研制”（200710321089）项目支持，与东风扬子江客车（武汉）有限责任公司通过产、学、研合作，共同开发出低地板城市大客车空气悬架系统，整车完成了产品定型试验和的性能试验。本论文针对空气悬架非线性的具体问题，重点研究了空气悬架及其控制系统模型建立、动力学分析、仿真和试验研究，研究旨在为空气悬架及其控制系统分析、设计和开发提供一套准确有效的仿真平台。本文的主要工作包括：　　首先，为了提供准确空气弹簧系统，本文基于流体力学、热力学等方面理论，结合国内外相关的研究结论，建立了包含空气弹簧带附加气室、高度阀和连接管路的空气弹簧系统动力学的Matlab/Simulink数值分析模型，该模型能充分反映空气弹簧非线性特性以及与相互连通和相互作用的空气弹簧系统的动态特性，可用于控制系统开发和整车动力学仿真；　　其次，应用有限元分析方法对空气弹簧刚度特性和各参数对性能的影响进行了分析。该方法详细考虑了空气弹簧的接触非线性特性，能够准确反应活塞与气囊的接触压力，并可据此来判断气囊在整个工作行程中是否漏气，为空气弹簧设计和悬架匹配提供了可靠的理论依据；　　再次，以改善悬架性能和提高控制系统实时性和鲁棒性的目标，提出了一种以动态滑模为基础应用于空气悬架的控制方法，以模糊自适应系统来调节其参数，实现空气悬架的主动控制，并以dSPACE仿真机为基础，建立了半实物仿真实验平台，并验证了所提出的算法的有效性与可行性；　　最后，为了方便分析空气悬架的“机-电-气－液-控”系统特性，本文采用ADAMS及Matlab/Simulink对空气悬架车辆进行建模，建立了嵌入模块化空气弹簧系统的车辆多体动力学模型，进行了汽车运行各工况的仿真分析研究，试验与仿真的结果对比，验证了本文建立的整车空气悬架的动力学模型尤其是非线性空气弹簧模型的正确性和控制系统有效性。
作者：	鲍卫宁
专业：	机械设计及理论
导师：	陈立平
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文