車(chē)輛電子控制空氣懸架理論與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、懸架系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性、平順性、輪胎接地性等主要性能具有重要影響。盡管機(jī)械式高度調(diào)節(jié)的空氣懸架系統(tǒng)能根據(jù)載荷變化調(diào)節(jié)懸架剛度，在一定程度上改善車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和平順性，但不能根據(jù)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和行駛平順性指標(biāo)綜合考慮控制因素調(diào)節(jié)懸架剛度、阻尼和車(chē)身高度，從而難以達(dá)到較為理想的性能要求。隨著人們對(duì)車(chē)輛乘坐舒適性要求的提高，研究電子控制空氣懸架系統(tǒng)(ECAS)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題。開(kāi)展車(chē)輛電子控制空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)

2、提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性、操縱輕便性、行駛平順性和安全性等綜合性能有重要的理論和工程實(shí)用意義。論文在分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞車(chē)輛電子控制空氣懸架理論及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究，其主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 建立了電子控制空氣懸架系統(tǒng)與整車(chē)的匹配方法。在深入開(kāi)展空氣彈簧理論模型研究和空氣彈簧工作特性分析的基礎(chǔ)上，建立了空氣懸架車(chē)輛八自由度平順性分析數(shù)學(xué)模型，利用該模型進(jìn)行座椅加速度、質(zhì)心加速度、懸架動(dòng)撓度及輪胎動(dòng)載荷等性能指標(biāo)的

3、理論分析和仿真計(jì)算，由此確定空氣懸架的參數(shù)，包括車(chē)身高度(空氣彈簧的工作高度)、可調(diào)減振器的理想阻尼區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，利用多體動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)軟件，構(gòu)建空氣懸架車(chē)輛多體動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)模型，對(duì)車(chē)輛一空氣懸架參數(shù)匹配進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，并進(jìn)行整車(chē)性能仿真，分析影響整車(chē)的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性的主要因素，從而為車(chē)身高度和阻尼集成控制奠定基礎(chǔ)。
　　 分析并構(gòu)建了電子控制懸架系統(tǒng)的多種控制策略。從考慮空氣彈簧內(nèi)部工作特性和解決系統(tǒng)模型的不確定

4、性出發(fā)，利用PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)懸架系統(tǒng)的剛度和車(chē)身高度的自動(dòng)控制，在不惡化操穩(wěn)性的情況下改善了車(chē)輛的乘坐舒適性?？紤]車(chē)輛的多種行駛工況，在空氣彈簧單體控制和減振器單體控制的基礎(chǔ)上，針對(duì)車(chē)身高度、剛度及阻尼的集成控制要求，提出了空氣懸架的多種組合控制模式與控制方法。考慮各種控制策略和方法工程應(yīng)用的可能性，以車(chē)速信息為控制的判斷依據(jù)，以平順性為控制目標(biāo)，構(gòu)建了車(chē)身高度一阻尼集成控制策略。仿真分析表明集成控制系統(tǒng)隨著車(chē)速變化其車(chē)身高度切換及

5、阻尼調(diào)節(jié)的組合功能完全能夠?qū)崿F(xiàn)，并能較大改善懸架性能。
　　 考慮道路信息辨識(shí)在懸架控制中的重要性，提出了應(yīng)用懸架動(dòng)行程和行駛車(chē)速相結(jié)合的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)道路信息辨識(shí)模型。根據(jù)路面等級(jí)的不同，分別建立了8個(gè)子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子模型，通過(guò)對(duì)路面仿真數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本訓(xùn)練，可進(jìn)行較高精度的道路信息辨識(shí)。通過(guò)仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的分析比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)道路信息辨識(shí)模型的有效性。將建立的道路信息辨識(shí)模型集成到ECAS控制系統(tǒng)中，能有

6、效分析判斷道路當(dāng)前狀態(tài)，從而為車(chē)輛空氣懸架系統(tǒng)的控制提供了可信依據(jù)。
　　 開(kāi)展了車(chē)輛電子控制空氣懸架系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)。①根據(jù)空氣彈簧的工作特性，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、CAD技術(shù)、有限元分析技術(shù)，提出了空氣彈簧的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，并對(duì)空氣彈簧工作特性進(jìn)行了有限元分析。②根據(jù)電子控制空氣懸架系統(tǒng)的性能對(duì)減振器的要求，以常見(jiàn)的被動(dòng)式液壓減振器為原型，提出了一種新型擺動(dòng)氣缸式可調(diào)阻尼減振器，通過(guò)改進(jìn)減振器活塞連桿并設(shè)計(jì)閥芯節(jié)流

7、孔，實(shí)現(xiàn)減振器有級(jí)可調(diào)，在此基礎(chǔ)上，建立了可調(diào)阻尼減振器數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果表明，可調(diào)阻尼減振器性能良好，顯著改善車(chē)輛的行駛平順性。③基于車(chē)身高度-阻尼集成控制策略，開(kāi)發(fā)空氣懸架系統(tǒng)集成控制器，該集成控制器將空氣彈簧和減振器的控制系統(tǒng)通過(guò)總線(xiàn)連接，通過(guò)穩(wěn)定的控制算法，對(duì)各單體控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合協(xié)調(diào)控制，使車(chē)輛的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性等控制在最佳水平。
　　 根據(jù)電子控制空氣懸架系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)了電子控制空氣懸