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商用车主动空气座椅悬架的建模与仿真研究
| 论文题名： | 商用车主动空气座椅悬架的建模与仿真研究 |
| 关键词： | 商用车;空气弹簧;空气座椅悬架;模糊PID控制;乘坐舒适性 |
| 摘要： | 随着汽车技术的快速发展，汽车的乘坐舒适性引起人们越来越多的重视。座椅悬架作为连接人体与车辆的减震系统，其减震性能直接影响到驾驶员的身体健康及驾驶状态。尤其对于长时间驾驶车辆的商用车驾驶员而言，汽车乘坐舒适性尤为重要。经研究表明，主动座椅悬架是解决振动问题最有效也是最根本的方式。装有空气弹簧的主动空气座椅悬架能够有效的提高汽车的乘坐舒适性，对于驾驶员的身体健康，安全的驾驶状态具有重要意义。商用载货车在行驶过程中，“路面—车辆—人体”构成了多自由度复杂的振动系统，本文将主动空气座椅悬架系统匹配到整车减震系统中来研究，所做工作如下: (1)研究了空气弹簧特性，并通过空气弹簧实验对其刚度特性有了深入了解。研究了主动控制空气弹簧的充放气特性，并在此基础上建立了空气座椅悬架物理模型。 (2)建立了路面谱模型，通过牛顿定律建立了四自由度1/4车辆与七自由度1/2车辆主动空气座椅悬架模型。并且通过对比两组模型频率响应特性验证了建模思路的正确性。 (3)介绍最优控制理论，设计了四自由度与七自由度主动空气座椅悬架最优控制器。调用Matlab工具箱中相关函数得出空气座椅悬架在最优控制下座椅加速度、座椅悬架动行程等评价指标的时域及频域响应曲线，并统计了乘坐舒适性评价指标的均方根值。通过仿真分析证明，相比于被动空气座椅悬架，主动空气座椅悬架能够有效降低座椅传递到人体的总加权加速度，在提高汽车乘坐舒适性方面具有优势。 (4)建立整车十二自由度主动空气座椅悬架模型，并设计最优控制器，将主动空气座椅悬架匹配到整车悬架中，研究经悬架及驾驶室悬挂后，主动座椅悬架对振动的衰减效果，通过Matlab仿真分析结果表明，在整车模型中，主动空气座椅悬架能够在降低座椅加速度同时对驾驶室的俯仰角加速度有一定的衰减作用。 (5)主动空气座椅悬架的技术核心是其控制策略，控制策略的选取及调整对主动空气座椅悬架的性能有着重要影响。本文介绍了PID控制器及模糊控制器原理，并且结合两种控制器的优点设计了整车主动空气座椅悬架Fuzzy-PID控制器。并在Matlab/Simulink中对PID控制与Fuzzy-PID控制效果进行仿真分析。为主动空气座椅悬架的工程应用提供了控制理论依据。 本文的研究证明了主动空气座椅悬架在提高汽车乘坐舒适性方面的优势，并且采用多种控制策略对整车座椅悬架进行了控制研究，为主动空气座椅悬架实现工业应用提供了理论依据。 |
| 作者： | 刘永田 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 潘公宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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