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乘用车空气悬架系统动力学特性与控制研究
| 论文题名： | 乘用车空气悬架系统动力学特性与控制研究 |
| 关键词： | 乘用车;半主动悬架;空气弹簧减振器;模糊PID控制;滑模控制 |
| 摘要： | 针对汽车乘坐舒适性与操纵稳定性难以协同控制的问题，本文以1/4车体半主动空气悬架为研究对象，基于遗传算法优化的模糊PID控制策略和以理想天地棚为参考模型的滑模控制策略，设计三种侧重点不同的控制器——舒适模式控制器、运动模式控制器和综合模式控制器，分别改善汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性和综合性能。依据切换理论设计模式切换系统，根据路况的变化，实时切换控制器模式，使得悬架减振性能到达最优。 本文研究的主要内容如下： （1）设计了由空气弹簧与阻尼可调减振器复合而成的减振支柱，运用空气动力学和流体力学等理论知识，对减振支柱进行设计计算，并通过仿真软件MATLAB/Simulink建立减振器和空气弹簧仿真模型。通过对减振器施加正弦激励信号进行仿真，分析减振器外特性与外特性影响因素，以及对空气弹簧的垂向刚度特性和频率特性进行研究。 （2）建立二自由度1/4车体半主动空气悬架模型，路面输入的时域与频域模型，以及复合路面输入模型。应用切换理论建立阻尼多模式切换系统，依据行驶工况的变化，当满足切换条件时，自动切换到相应的悬架控制器模式。控制器通过控制步进电机来改变柱塞阀芯的长度，从而调节减振器阻尼力，使悬架系统处于最佳阻尼模式以获得较好的减振性能。 （3）分别建立以改善乘坐舒适性、操纵稳定性和综合性能为目标的阻尼调节控制器。其中舒适模式控制器和运动模式控制器是基于遗传算法优化的模糊PID控制器建立的，综合模式控制器是基于以理想天地棚为参考模型的滑模控制器建立的。舒适模式控制器主要用来降低车身垂向加速度，改善乘坐舒适性；运动模式控制器主要用来降低车轮动变形，增加轮胎与地面的附着力，减小车轮跳离地面的概率，提高汽车的操纵稳定性。综合模式控制器可以同时改善车身加速度和车轮动变形指标，提高悬架综合性能。 仿真结果表明：相比被动悬架，基于多种控制模式联合控制的半主动悬架使得车身垂向加速度和车轮动变形分别降低了22.83％和23.36％，在改善乘坐舒适性的同时提高了汽车的操纵稳定性。 |
| 作者： | 张如鑫 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吕宝占;赵明彦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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