汽车行驶路况辨识与半主动悬架系统实时最佳阻尼匹配研究

论文摘要

因受行驶路况辨识、悬架设计理论、减振器节流阀参数设计与特性仿真理论及控制规律等关键问题的制约,至今尚未能开发出在不同行驶工况下实时最佳阻尼匹配的连续控制式半主动悬架系统。目前,汽车半主动悬架大都是“档位”选择式,且价格高,难以推广。随着汽车工业的快速发展和汽车行驶速度的不断提高,人们对车辆行驶安全性和乘坐舒适性提出了更高的要求。本文针对半主动悬架设计及其控制中所存在的问题进行了研究,取得的创新研究成果如下：(1)通过1/4车辆模型行驶振动分析和减振器阻尼特性仿真模型,利用车身垂直振动加速度响应与路况、车速及车辆参数之间关系,建立了基于车速和车身垂直振动加速度响应的当前行驶路况辨识模型。(2)通过车辆行驶平顺性分析,对不同行驶工况下的悬架系统阻尼匹配进行研究,利用车身垂直振动加速度和车轮动载构建悬架系统阻尼比联合优化目标函数,以悬架动挠度为约束条件,建立了舒适性和安全性相统一的半主动悬架系统实时最佳阻尼比数学模型。(3)利用弹性力学理论,对减振器节流阀片在非均布压力下变形进行研究,利用边界条件和变形连续性条件,建立了在非均布压力下的节流阀片变形解析计算式。(4)以悬架系统实时最佳阻尼匹配为控制目标,利用节流阀片变形解析计算式,通过节流阀参数优化设计模型和方法,建立了减振器节流孔面积控制规律。此外,利用弹性力学理论,对横向稳定杆和橡胶衬套的变形和刚度进行研究,建立了基于橡胶衬套的横向稳定杆变形和刚度解析计算式；根据车辆安全性要求,建立了悬架横向稳定杆优化设计数学模型,对横向稳定杆对悬架侧倾刚度的影响进行了研究,并建立了车辆转弯状态下的半主动悬架系统阻尼最佳匹配数学模型；研制了可控减振器试验样机,并开发了半主动悬架控制系统。通过仿真,结果表明所建立的路况辨识方法是可靠的,所开发的基于路况辨识的连续控制式半主动悬架系统能够满足车辆行驶安全性和乘坐舒适性的要求。该研究对半主动悬设计及其控制具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景、研究目的和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的
• 1.1.3 研究意义
• 1.2 半主动悬架发展研究现状
• 1.3 半主动悬架设计及控制研究现状
• 1.3.1 车辆行驶路况辨识研究状况
• 1.3.2 半主动悬架控制规律研究状况
• 1.3.3 可控减振器阀系参数设计研究现状
• 1.3.4 半主动悬架可控减振器节流阀参数控制规律研究状况
• 1.3.5 半主动悬架控制策略研究现状
• 1.4 本论文研究内容
• 第二章 汽车行驶振动分析
• 2.1 道路路面不平度的统计描述
• 2.1.1 路面谱及其分类
• 2.1.2 空间频率与时间频率功率谱密度的关系
• 2.2 平顺性分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于车速和车身垂直振动加速度的行驶路况辨识
• 3.1 半主动悬架系统工作原理
• 3.2 车辆行驶路况辨识
• 3.2.1 减振器阻尼特性仿真
• 3.2.2 行驶路况辨识数学模型
• 3.3 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 半主动悬架实时最佳阻尼匹配
• 4.1 直线行驶最佳阻尼匹配数学模型
• 4.1.1 基于舒适性的悬架系统最佳阻尼比
• 4.1.2 基于安全性的悬架系统最佳阻尼比
• 4.1.3 基于舒适性和安全性的半主动悬架最佳阻尼比
• 4.1.4 实例仿真验证
• 4.2 转向行驶最佳阻尼匹配数学模型
• 4.2.1 横向稳定杆刚度最佳匹配原则
• 4.2.2 横向稳定杆橡胶衬套径向变形解析计算
• 4.2.3 横向稳定杆系统设计与刚度计算
• 4.2.4 转向行驶最佳阻尼匹配
• 4.3 本章小结
• 第五章 可控减振器阀系参数设计及其控制规律
• 5.1 可控减振器结构及其工作原理
• 5.2 可控减振器设计
• 5.2.1 可控减振器阀系参数设计
• 5.2.2 可控减振器可调阻尼孔控制规律设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 半主动悬架控制系统
• 6.1 控制策略
• 6.1.1 半主动悬架模糊PID控制器原理
• 6.1.2 半主动悬架模糊PID控制器设计
• 6.1.3 半主动悬架模糊PID控制系统算法实现
• 6.2 硬件系统设计
• 6.2.1 半主动悬架系统控制核心电路设计
• 6.2.2 步进电机模块
• 6.2.3 传感器模块
• 6.3 半主动悬架控制系统软件设计
• 6.3.1 软件开发环境
• 6.3.2 主程序设计
• 6.3.3 中断子程序设计
• 6.4 抗干扰处理
• 6.5 本章小结
• 第七章 研究结论与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读硕士期间参加课题、发表论文和获奖