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原文传递越野车油气悬架系统动力学特性与控制研究

论文题名：	越野车油气悬架系统动力学特性与控制研究
关键词：	越野车;油气悬架;非线性特性;控制策略;行驶平顺性
摘要：	油气悬架具有良好的非线性刚度和阻尼特性，广泛应用于越野车辆、工程车辆和特种车辆等。目前，越野车通常采用的油气悬架为被动悬架，其刚度和阻尼系数不变，导致车身振动幅度较大，行驶平顺性较差。为了提高越野车的行驶平顺性，本文以某型越野车为研究对象，设计出一种阻尼可调两级压力式油气悬架，重点研究了油气悬架的非线性特性以及控制策略对越野车行驶平顺性的影响。　　（1）根据油气悬架的结构原理和越野车的振动特性，建立油气悬架系统数学模型和车体动力学模型，并分析油气悬架系统的非线性特性。使用R-K真实气体状态方程和孔口节流方程，建立油气悬架数学模型，通过数值仿真得到了悬架结构参数对其刚度和阻尼特性的影响规律。基于路面不平度输入函数与离散冲击信号，建立不同路面激励模型。考虑到车身垂直振动和俯仰振动，建立1/2车体油气悬架系统动力学模型，推导出车身垂直和俯仰方向的动力学微分方程。　　（2）以车身垂直加速度和俯仰角加速度为评价指标，在随机路面激励下研究油气悬架硬阻尼模式的减振性能。将模糊PID控制策略应用于油气悬架系统，从而输出理想的阻尼力，在两种仿真环境中对比分析被动悬架和模糊PID控制悬架的减振性能。与被动悬架相比，模糊PID控制的前、后悬架车身垂直加速度和俯仰角加速度均方根分别减小了30.68%、40.23%和36.46%；与被动悬架的对比结果表明，模糊PID控制明显改善了油气悬架的减振性能，提高了越野车的行驶平顺性。两种仿真环境中悬架系统性能指标的均方根误差在2%左右，进一步验证了模糊PID控制策略的有效性。　　（3）根据越野车行驶工况的变化，对油气悬架的阻尼模式进行切换，使悬架系统获得较好的减振性能。在复合路面激励下，对被动悬架和半主动悬架进行仿真，研究两种控制策略对油气悬架减振性能的影响。结果表明，与模糊PID控制悬架相比，变论域模糊PID控制悬架的减振性能较好；越野车空载时前、后悬架车身垂直加速度和车身俯仰角加速度均方根分别减小了14.40%、17.82%和14.59%，越野车满载时前、后悬架车身垂直加速度和车身俯仰角加速度均方根分别减小了16.46%、17.50%和9.81%。　　（4）将一种时滞补偿控制策略应用于半主动油气悬架，从而减弱控制系统时滞效应对油气悬架性能的影响。结合经典Smith补偿控制的优势，提出模糊PID-Smith补偿控制方案，对比分析有无时滞补偿控制下油气悬架的减振性能。结果表明，相较于无时滞补偿控制，采用此种时滞补偿控制方案有效抑制了车身垂向振动和俯仰振动；越野车满载时前、后悬架车身垂直加速度和车身俯仰角加速度均方根分别减少了11.74%、26.06%和7.33%；前、后车轮动载荷均方根分别减少了6.87%和7.13%；前、后悬架动挠度均方根分别减少了10.84%和9.13%。
作者：	潘乾鹏
专业：	机械工程
导师：	周龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2022