详情

原文传递车辆空气悬架系统控制策略研究

论文题名：	车辆空气悬架系统控制策略研究
关键词：	电控空气悬架;整车性能;车身高度;控制算法
摘要：	电控空气悬架系统是目前先进的悬架系统之一，通过空气悬架弹簧高度调节和阻尼调节，可以依据车辆所处情况的变化来调整悬架的主动控制力和车身高度，提升车辆的驾驶舒适性、驾驶安全性和操纵稳定性，减少结构疲劳，使系统部件的寿命更长。随着顾客对汽车性能更多的关注，电控空气悬架系统成为了越来越多汽车厂商的选择，将会在乘用车和商用车上应用越来越广泛。　　本文在研究和总结悬架系统原理和其实际应用情况的前提下，以提升不同行驶情况中车辆性能为目标，对空气悬架系统的控制策略进行深入研究分析，本文的研究内容主要包括: 　　(1)分析了空气弹簧与减振器工作原理及相关特点，对膜式空气弹簧进行研究，应用力学原理基于气囊的有效面积和体积得出空气弹簧数学模型。基于1/4车辆简化模型和滤波白噪声路面时域模型，构建了九自由度空气悬架整车简化模型，其中轮胎使用魔术公式模型，路面干扰为考虑车轮相干性和滞后性的随机输入，以此模型进行整车性能仿真。　　(2)研究了模拟退火粒子群最优控制方法，基于模拟退火算法和粒子群算法的特点，利用粒子群算法的寻优原理与模拟退火算法中退火操作原理，进行最优控制算法中各项加权系数的选取。运算过程中，优化变量为各项性能指标加权系数，适应度函数是主被动悬架车辆各项性能指标比值的和，最后获得合理的性能指标加权系数，通过LQR算法计算出所需阻尼力。通过二自由度车辆模型仿真分析，证明模拟退火粒子群LQR控制方法可以获得悬架的最优控制力。　　(3)研究了模拟退火粒子群LQR控制和模糊控制联合作用的整车性能控制策略，空气悬架控制系统由整车性能LQR控制、侧倾模糊控制和控制力合成组成。整车性能LQR控制以整车状态方程为基础，基于模拟退火粒子群最优控制算法，得出悬架主动控制力，控制车辆加速度、动行程和动载荷等指标的变化范围，改善车辆的平顺性的同时兼顾其操纵稳定性。车辆处于转弯工况，侧倾模糊控制对车身姿态进行调整，改善其操纵稳定性。控制力合成对前文两种控制方法所计算出的控制力进行总结，获得车辆四个悬架所需要提供的最终主动控制力。通过对空气悬架整车模型进行不同工况下的整车性能仿真分析。其结果表明，模拟退火粒子群LQR控制方法有效抑制了车身振动，同时模糊控制方法保证了转弯时的车身姿态，达到了对车辆行驶平顺性和操纵稳定性同时控制的目标。　　(4)根据空气悬架系统的工作原理，研究了一种车身高度控制策略，由目标高度判断和目标高度跟随控制两部分组成。依据汽车行驶工况的不同，设计相应的车身高度控制方法。基于汽车悬架偏频设计规则和实际车辆情况，分别得出空气弹簧的三种目标高度。建立了单一空气悬架的高度调节模型，针对高度调节过程中“过充”和“过放”问题，通过PID/PWM方法进行合理控制，并对所提出的高度控制策略进行仿真分析。
作者：	韩冰焘
专业：	机械工程
导师：	唐传茵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2018