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主动油气悬架车辆垂向与侧向动力学性能研究

庄德军  
【摘要】: 悬架是汽车的重要子系统,其性能直接影响着车辆的行驶平顺性和操纵操稳性。对于一个在多变环境中行驶的车辆,由于影响因素的复杂性,被动悬架难以实时的满足期望的车辆性能。因而,近年来以电子控制技术为核心,并能够根据路面情况和车辆运行状态对车辆性能进行实时控制的主动悬架得到了广泛的发展。 本文的研究工作是结合总装备部“十五”预先研究项目“军用工程机械油气悬架技术研究”及高等学校博士学科点专项科研基金“基于非线性刚柔耦合多体模型车辆主动悬架系统设计研究”(基金编号:20020248042)进行的。针对主动油气悬架执行机构—油气弹簧的非线性特性和稳定性、车辆不确定性鲁棒控制器的设计、分层与多点预瞄联合控制的车辆垂向性能以及不平路面转向行驶车辆的侧向稳定性等问题,进行了主动油气悬架车辆垂向与侧向动力学性能的研究。 通过考虑油液的可压缩性、刚度的非线性及活塞与液压缸壁之间的动摩擦力等因素建立了油气弹簧非线性数学模型,并对不同激振频率和幅值下的油气弹簧进行了仿真与试验对比分析,进而验证数学模型的正确性;根据建立的油气弹簧数学模型,分别对其刚度特性、不同速度时的阻尼特性以及不同流量时阻尼阀进出口处的压力差进行了仿真,并采用了泰勒展开和无量纲化方法对周期信号激励下非线性模型的稳定性进行了分析,结果表明该系统是稳定的。 在稳定性分析的基础上,对非线性油气弹簧中的蓄能器和阻尼阀进行了线性简化,建立了线性1/4主动油气悬架车辆模型;根据鲁棒控制理论,介绍了主动悬架车辆鲁棒控制器的设计过程,并设计了包括主动油气悬架的参数不确定性和未建模动态在内的H∞鲁棒控制器。通过时频域仿真及与试验结果比较验证了主动控制器设计是有效的。 基于分层控制思想,将四自由度的主动油气悬架半车模型分解为两个两自由度1/4车辆模型,并建立了上层控制平衡协调方程;为了获得更多的路面信息,提高主动悬架的控制精度,提出了一种路面多点预瞄控制算法,并推导了N个二阶Padé近似组合可以达到一个高阶Padé近似的状态方程;根据上层控制平衡方程,分别对前后悬架系统采用了不同的控制策略,并将控制结果与H_∞控制半车模型进行比较;对不同的车辆悬


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