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原文传递商用车半主动准零刚度空气悬架系统动态建模与H∞输出反馈控制

论文题名：	商用车半主动准零刚度空气悬架系统动态建模与H∞输出反馈控制
关键词：	商用车;半主动准零刚度空气悬架;动态建模;H∞输出反馈;控制策略
摘要：	商用车，尤其是货车和矿山车辆，是长期工作于复杂多变道路交互环境下的运载工具，其是否具备优越的隔振性能直接影响驾乘人员健康和运输货物安全。与隔振性能相关的底盘主要部件是悬架系统总成，其结构类型众多。传统空气悬架以承载能力强、车身高度可调、固有频率低、乘坐舒适性好的特点得到广泛应用，然而单一性能的被动式空气悬架已无法满足当前的需求，随着隔振技术的不断发展，空气悬架新构型和电动化、智能化技术相融合正成为研究热点。基于此，本文提出了具有“高静低动”特性的准零刚度空气悬架(Quasi-Zero Stiffness Air Suspension,QZSAS)新构型，并设计了与之匹配的半主动控制策略，旨在提升商用车多目标综合隔振性能。　　首先，结合气体热力学、悬架动力学理论构建准零刚度空气悬架系统非线性数学模型。以连续可调阻尼(Continuous Damping Control,CDC)减振器为研究对象，进行受迫振动台架试验，分析CDC减振器在不同电流下的速度-阻尼力特性。基于试验数据多项式拟合得到CDC减振器模型。为增强对控制策略有效性验证的说服力，基于AMEsim软件平台搭建准零刚度空气悬架系统高精度物理模型（实际被控对象），并与所建立的数学模型相互验证。　　接着，基于Luenburger状态观测器设计了准零刚度空气悬架系统H∞输出反馈控制策略。将准零刚度空气悬架系统非线性回复力表达式通过泰勒级数展，将半主动控制模型归纳为考虑刚度参数不确定的线性系统。引入Lyapunov稳定性理论，以范数有界方法处理不确定性，构建多目标性能输出指标并考虑受限约束，基于线性分式变换将控制律设计问题转化为线性矩阵不等式的凸优化问题，并进行联合仿真验证。进一步，为了减轻网络数据传输负担，降低控制频率，避免实际应用中观测误差带来的影响，建立了事件触发网络通讯架构，通过构建T-S模糊控制器模型处理刚度不确定性，设计了考虑事件触发机制的准零刚度空气悬架系统H∞动态输出反馈控制策略，并进行联合仿真验证。为了适应不同路况下隔振性能的差异需求，准零刚度空气悬架系统可以在准零刚度和空气弹簧两种刚度模式下进行模式选择。　　最后，搭建硬件在环测试平台，并对准零刚度空气悬架半主动控制策略进行试验验证。在随机路面激励下验证上述控制策略在真实控制器中运行的实时性和有效性。以考虑事件触发机制的准零刚度空气悬架H∞动态输出反馈控制为例，当车辆以低速行驶在较差路面上，优先考虑舒适性，相比于传统被动空气悬架，半主动准零刚度悬架的簧载质量加速度提升了26.5%，悬架动行程优化了3.2%，轮胎动载荷却恶化了9.8%。与此同时，相对于周期触发控制，网络资源占用率降低了32.3%。当车辆以高速行驶在优良路面上，优先考虑安全性，半主动空气悬架的簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷分别提升了9.6%、15.9%和6.8%，网络资源占用率降低了38.2%。此外，相较于现有常规半主动悬架，半主动准零刚度空气悬架的刚度较低，CDC减振器的输出阻尼力也相对较少，符合车辆悬架阻尼比匹配要求。因此，准零刚度空气悬架新构型与所提出半主动控制策略能显著改善不同路况下商用车行驶综合性能，减小CDC减振器的工作强度，大大降低了电控系统的运算资源需求。
作者：	陈雷
专业：	车辆工程
导师：	徐兴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022