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《中南大学》 2011年
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车辆电子控制空气悬架理论与关键技术研究

崔晓利  
【摘要】:悬架系统对车辆的操纵稳定性、平顺性、轮胎接地性等主要性能具有重要影响。尽管机械式高度调节的空气悬架系统能根据载荷变化调节悬架刚度,在一定程度上改善车辆的操纵稳定性和平顺性,但不能根据汽车操纵稳定性和行驶平顺性指标综合考虑控制因素调节悬架刚度、阻尼和车身高度,从而难以达到较为理想的性能要求。随着人们对车辆乘坐舒适性要求的提高,研究电子控制空气悬架系统(ECAS)成为人们日益关注的课题。开展车辆电子控制空气悬架系统设计理论与关键技术研究,对提高车辆的操纵稳定性、操纵轻便性、行驶平顺性和安全性等综合性能有重要的理论和工程实用意义。论文在分析国内外相关研究现状的基础上,围绕车辆电子控制空气悬架理论及关键技术进行相关研究,其主要研究内容包括: 建立了电子控制空气悬架系统与整车的匹配方法。在深入开展空气弹簧理论模型研究和空气弹簧工作特性分析的基础上,建立了空气悬架车辆八自由度平顺性分析数学模型,利用该模型进行座椅加速度、质心加速度、悬架动挠度及轮胎动载荷等性能指标的理论分析和仿真计算,由此确定空气悬架的参数,包括车身高度(空气弹簧的工作高度)、可调减振器的理想阻尼区域。在此基础上,利用多体动力学虚拟样机软件,构建空气悬架车辆多体动力学虚拟样机模型,对车辆-空气悬架参数匹配进行进一步验证,并进行整车性能仿真,分析影响整车的操纵稳定性、行驶平顺性的主要因素,从而为车身高度和阻尼集成控制奠定基础。 分析并构建了电子控制悬架系统的多种控制策略。从考虑空气弹簧内部工作特性和解决系统模型的不确定性出发,利用PID控制算法实现对悬架系统的刚度和车身高度的自动控制,在不恶化操稳性的情况下改善了车辆的乘坐舒适性。考虑车辆的多种行驶工况,在空气弹簧单体控制和减振器单体控制的基础上,针对车身高度、刚度及阻尼的集成控制要求,提出了空气悬架的多种组合控制模式与控制方法。考虑各种控制策略和方法工程应用的可能性,以车速信息为控制的判断依据,以平顺性为控制目标,构建了车身高度-阻尼集成控制策略。仿真分析表明集成控制系统随着车速变化其车身高度切换及阻尼调节的组合功能完全能够实现,并能较大改善悬架性能。 考虑道路信息辨识在悬架控制中的重要性,提出了应用悬架动行程和行驶车速相结合的BP神经网络道路信息辨识模型。根据路面等级的不同,分别建立了8个子神经网络子模型,通过对路面仿真数据的学习和神经网络样本训练,可进行较高精度的道路信息辨识。通过仿真结果与现场试验的分析比较,进一步验证了BP神经网络道路信息辨识模型的有效性。将建立的道路信息辨识模型集成到ECAS控制系统中,能有效分析判断道路当前状态,从而为车辆空气悬架系统的控制提供了可信依据。 开展了车辆电子控制空气悬架系统关键部件的设计研究与技术开发。①根据空气弹簧的工作特性,结合结构设计理论、CAD技术、有限元分析技术,提出了空气弹簧的现代设计方法,并对空气弹簧工作特性进行了有限元分析。②根据电子控制空气悬架系统的性能对减振器的要求,以常见的被动式液压减振器为原型,提出了一种新型摆动气缸式可调阻尼减振器,通过改进减振器活塞连杆并设计阀芯节流孔,实现减振器有级可调,在此基础上,建立了可调阻尼减振器数学模型,并进行了仿真计算,结果表明,可调阻尼减振器性能良好,显著改善车辆的行驶平顺性。③基于车身高度-阻尼集成控制策略,开发空气悬架系统集成控制器,该集成控制器将空气弹簧和减振器的控制系统通过总线连接,通过稳定的控制算法,对各单体控制系统进行联合协调控制,使车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性等控制在最佳水平。 根据电子控制空气悬架系统各项性能指标要求,设计了电子控制空气悬架系统及其主要零部件的试验方案,并进行了空气弹簧特性试验、可调阻尼减振器特性试验、控制系统测试等。在上述工作的基础上,在某大客车上配置自行研制的电子控制空气悬架系统,并进行整车试验研究。实车进行的偏频试验和随机道路的平顺性试验结果表明:电子控制空气悬架系统及其主要零部件性能达到设计的要求,与整车匹配良好,整车舒适性、操纵稳定性明显改善。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U463.33

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 汪少华;半主动空气悬架混杂系统的多模式切换控制研究[D];江苏大学;2013年
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1 杨楠;工程车辆空气弹簧座椅模糊神经网络振动控制[D];太原科技大学;2012年
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【参考文献】
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8 雷龙;李辉;;半挂车钢板弹簧平衡悬架前支架的疲劳寿命分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
9 修杰;夏长亮;;开关磁阻电机的模糊自适应PID控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 乔美英;兰建义;;模糊逻辑神经网络控制在交流调速系统中的仿真研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 程如岐;基于Z拓扑的光伏并网逆变器研究[D];南开大学;2010年
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3 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
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【同被引文献】
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1 杨启耀;张文娜;王存宝;周孔亢;;空气悬架弹性元件特性的理论研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年03期
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10 方子帆,邓兆祥,郑玲,舒红宇;汽车半主动悬架系统研究进展[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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1 崔涛;基于模糊神经网络的汽车空气悬架控制系统研究[D];长春工业大学;2010年
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【二级引证文献】
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1 王莹;带有多自由度阻尼系统的履式车辆缓冲特性分析[D];太原科技大学;2013年
【二级参考文献】
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5 林青云;轮式小型甘蔗收获机的虚拟样机研究及其运动仿真分析[D];广西大学;2004年
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7 王磊;张慧慧;朱思洪;;空气悬架电子控制单元研究[A];企业应用集成系统与技术学术研究会论文集[C];2006年
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4 高朔;纽威:我们的经验别人无法学到[N];中国汽车报;2004年
5 本报记者 魏双林;“华特”汽配“叫响”市场[N];现代物流报;2008年
6 高亚兰;雷诺召回5台进口普雷姆6×2卡车[N];国际商报;2009年
7 记者 魏双林;“华特”着力打造国内汽配制造基地[N];现代物流报;2006年
8 记者 郑惠华 通讯员 魏双林;“华特”打造汽配制造基地[N];河北经济日报;2006年
9 朱近倩 董宁;德尔福最新推出的技术和产品[N];中国工业报;2004年
10 本报记者 黄应红;新技术的应用 卡车品质的飞跃[N];机电商报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 陈双;基于电控空气悬架的轿车平顺性和操纵稳定性协调控制研究[D];吉林大学;2012年
5 马然;刚度和阻尼可调式半主动空气悬架及控制系统研究[D];南京农业大学;2012年
6 于军;空气悬架控制器研究[D];武汉理工大学;2009年
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8 钱德猛;汽车空气悬架系统的参数化建模、分析及设计理论和方法研究[D];合肥工业大学;2005年
9 姜立标;载货汽车电控空气悬架的匹配设计与控制研究[D];吉林大学;2007年
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4 顾林;长途客车空气悬架系统振动特性仿真[D];南京农业大学;2010年
5 高玉聪;客车空气悬架动力学性能仿真分析[D];长安大学;2013年
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7 胡久强;大客车空气悬架的设计匹配与仿真研究[D];西南交通大学;2012年
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