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原文传递车辆空气悬架控制方法的研究

论文题名：	车辆空气悬架控制方法的研究
关键词：	空气悬架;车辆性能;车身高度;车身姿态
摘要：	作为智能悬架系统之一，空气悬架因其优良特性而取得越来越高的关注度，空气悬架系统的阻尼系数、刚度大小可根据需要进行调节，从而提升车辆在不同行驶工况下的乘坐舒适性和操控稳定性。　　在对空气悬架系统研究现状做一定论述分析的基础上，本文以提升车辆在不同行驶条件下的综合性能作为目标，围绕主动空气悬架系统中高度可调的空气弹簧与阻尼可变的减振装置，对车辆空气悬架的控制方法进行探讨分析，研究内容主要涵盖: 　　(1)阐述了空气悬架系统工作原理，建立空气弹簧刚度模型，获取弹簧刚度变化与各物理参数间的对应关系，分析可调阻尼减振器的参数特性，确定主动空气悬架的控制模式。随后分别建立被动悬架的二自由度及整车11自由度动力学模型与主动空气悬架的二自由度及整车11自由度动力学模型。同时建立随机激励路面、减速带路面、整车四轮相关路面模型作为路面的输入，为仿真提供基础环境。　　(2)在空气悬架二自由度动力学模型的基础上，考虑联合控制思想，分别采用了混合天、地棚控制器以及模糊PID控制器对空气悬架系统进行控制。而后基于粒子群算法良好的寻优特性且简单易实现的优势，在两种控制策略中加入粒子群优化算法，最终构成粒子群天地棚混合控制和粒子群模糊PID控制。最后进行时域和频域下的仿真，分析垂向振动加速度等主要指标的均方根值大小来验证控制方法有效性，并通过数据对比证明联合控制后的控制效果更佳。　　(3)对整车空气悬架系统进行控制分析。首先基于直线行驶工况设计了整车系统的粒子群模糊PID控制器，一定程度上提高了车辆直线行驶时的平顺性能。考虑当车辆发生侧倾及俯仰时车身将会产生倾斜姿态，基于人群搜索算法设计了侧倾姿态控制和俯仰姿态控制。随后建立了力分配器，通过逻辑关系对粒子群模糊PID所产生的主动控制力与人群搜索算法的姿态控制力进行协调分配，得到作用到车辆悬架的最终控制力，以提高车辆乘坐舒适性和操控稳定性。最后分析了车辆角阶跃和单正弦两种侧倾转向工况，车辆急刹车和急加速两种俯仰情况，以及行驶于较差路面时车身既出现侧倾又出现俯仰的情况，通过对性能指标均方根值的分析说明所设计整车控制方法的有效性，不仅可以使垂向振动加速度等舒适性指标得以优化，亦能减小车辆转向时车身侧倾角的变化和车辆纵倾时车身俯仰角的大小，即提高了舒适性的同时，又保证了车辆在急转弯、急刹车、急加速等特殊行驶条件下车身姿态的稳定性。　　(4)空气悬架不仅可以通过主动控制力的加载来提高车辆性能，基于空气弹簧的充放气特性，还可以通过车身高度的调节，来适应不同路况的变化，提高行驶性能。设计一种分层架构车高调节控制器，上层控制用于决策当前目标高度模式，下层控制负责目标模式的控制实现。依据车辆的行驶状态分为车辆启动模式与动态行驶模式两部分进行研究分析。首先对二自由度空气弹簧进行研究分析，采用了PID-PWM方法解决车高调节过程中过充过放的现象，提高车身高度的调节精度。在整车车高调节中，分析了两种步进控制，通过仿真结果表明步进控制可以有效地将车身调至目标高度，且减小了高度调节过程中俯仰角的大小，提升车辆性能。
作者：	宫学伟
专业：	车辆工程
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：	2021