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油气悬架动力学特性建模方法及半主动优化控制研究
| 论文题名： | 油气悬架动力学特性建模方法及半主动优化控制研究 |
| 关键词： | 油气悬架;VOF方法;动力学特性建模;半主动控制;平顺性 |
| 摘要： | 随着全球科学技术进步，车辆工业发展迅速，业界内对车辆的驾驶性能和用户体验的追求也越来越高。由于传统的被动悬架已逐渐难以满足新型汽车舒适度设计的要求，近年来，在车辆动力学领域，对新型悬架及悬架系统控制的研究成为一大研究热点，也是一种优化驾驶舒适性和操纵稳定性的行之有效的方法，具有十分重要的实用价值。本文针对单气室油气不分离式油气悬架动力学特性建模及半主动控制策略展开研究，具体研究内容如下: 首先，详细介绍了单气室油气不分离式油气悬架的具体组成和工作原理，利用多相流模型中的VOF模型作为单气室油气悬架流体动力学计算模型，在计算流体力学仿真软件Fluent中对油气悬架进行了瞬态仿真，经后处理，分析了油气悬架的流场特性，并讨论了通过求解油气悬架内部流场压强来计算其刚度和阻尼的方法，为接下来对油气悬架非线性动力学特性的数学建模奠定基础。 然后，在分析影响油气悬架非线性的刚度和阻尼特性的相关因素的基础上，考虑油气悬架温度、油液粘度、气体在油液中的溶解率、悬架振动速度四个影响因素为悬架刚度和阻尼特性建模参数，采用最优拉丁超立方方法对四个参数进行试验设计，根据每一个样本点的参数，设置油气悬架多组仿真工况，分别进行瞬态仿真并求解得到各仿真工况下对应的刚度和阻尼。基于多组仿真数据，以四个参数为输入，悬架刚度和阻尼为输出，采用Kriging近似模型方法分别建立了输入和输出的近似模型。进行矿用自卸车随机路面平顺性测试，并利用四个悬架上下测量点的加速度实测数据，通过整车七自由度模型的仿真，对比实验和仿真结果，验证了油气悬架刚度和阻尼特性Kriging模型的精度。 最后，在Matlab/Simulink中，分别建立了1/4车被动悬架和半主动油气悬架振动模型及路面激励模型，构建了半主动控制系统的结构。利用粒子群优化算法的寻优能力，设计了半主动油气悬架的PSO-PID控制策略，以优化半主动油气悬架各项舒适性评价指标，优化后的结果表明，所设计的PSO-PID控制策略有效地优化了悬架的减振性能。 建立高精度的动力学特性模型是进行油气悬架控制和性能优化的前提，本文所研究的油气悬架动力学特性建模方法，能够同时考虑油气悬架温度、油液粘度、气体在油液中的溶解率、悬架振动速度四个影响因素对油气悬架非线性刚度和阻尼特性的影响，并建立它们之间的高精度的数学模型，模型的预测误差不超过5％。该建模方法在工程应用中，在结合悬架控制方法的基础上，能够有效地提高油气悬架的半主动和主动控制的精度。在油气悬架研究领域，具有一定的实用价值和指导意义。 |
| 作者： | 唐洪亮 |
| 专业： | 车辆动力学 |
| 导师： | 伍文广;梁小波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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