附加气室空气悬架特性分析及主动控制研究

论文摘要

高等级公路和轨道车辆技术的迅猛发展,使得来自路面(或轨道)的激励大幅减小,而突出的是因承载质量的变化引起的振动的变化;同时为了增加城市交通的行驶稳定性和舒适性,降低整车的重心,方便乘客尤其是儿童、老人和有行动障碍乘客的上下车,需要一种高度可调的悬架。能调节悬架高度并根据承载质量适时调整悬架参数,是对悬架性能提出的新的要求。虽然主动悬架能满足上述要求且减振效果非常理想,但需要消耗很大的能量,同时系统所需的大量快速反应的传感器和执行元件使系统成本极为昂贵,缺乏商业应用价值,而附加气室空气弹簧通过给气囊充放气可灵活改变其刚度,调节节流口的开度,改变其阻尼特性。同时,其固有振动频率要比钢板弹簧低得多,且不随车辆承载质量的变化而改变。因此,安装空气悬架的车辆可获得良好的行驶平顺性和操纵稳定性。空气悬架技术在国外已有应用,而我国对该技术的研究刚刚起步。本文首先在对四分之一车辆被动悬架系统模型进行频响特性分析的基础上,运用MATLAB优化工具箱,将刚度及阻尼与车身质量进行了优化匹配,并利用MATLAB/SIMULINK对其进行模拟仿真。继而,基于流体力学和热力学建立的附加气室空气弹簧的动态方程,在MATLAB环境中对该空气弹簧与相应普通弹簧的特性进行了分析比较。本文还讨论了以单神经元白适应控制算法对带附加气室空气悬架系统进行控制,通过调整节流孔孔径以调节弹簧阻尼,有效地提高了汽车行驶平顺性。单神经元自适应控制策略应用于半主动空气悬架的可行性和有效性得到了验证。本文对带附加气室空气悬架系统进行了理论上的研究,为今后汽车空气悬架系统的优化设计和控制提供了理论依据。

论文目录

• CONTENTS
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 车辆悬架系统的性能要求
• 1.3 主动悬架系统的控制策略
• 1.4 车辆主动悬架系统
• 1.4.1 全主动悬架
• 1.4.2 半主动悬架
• 1.4.3 电控空气悬架
• 1.5 本文研究的目的和内容
• 第2章 车辆悬架系统特性及参数优化
• 2.1 路面不平度的功率谱密度
• 2.2 车辆悬架系统的振动特性
• 2.2.1 车身加速度的幅频特性
• 2.2.2 悬架动挠度的幅频特性
• 2.2.3 相对动载的幅频特性
• 2.3 悬架参数的优化匹配
• 2.3.1 优化的目标函数
• 2.3.2 优化的设计变量
• 2.3.3 优化的约束条件
• 2.4 优化悬架性能的仿真
• 2.4.1 悬架参数的优化计算
• 2.4.2 仿真模型的建立
• 2.4.3 仿真结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 汽车空气悬架系统结构与特性分析
• 3.1 空气悬架系统的性能特点
• 3.2 汽车空气悬架系统的结构特点
• 3.2.1 空气弹簧的结构组成
• 3.2.2 车身高度控制阀及悬架导向机构
• 3.3 空气弹簧的特性分析
• 3.3.1 空气弹簧的刚度特性
• 3.3.2 附加气室空气弹簧刚度特性
• 3.3.3 附加气室空气弹簧系统的传递特性
• 3.4 附加气室汽车空气悬架系统动力学模型的建立
• 3.5 车辆空气悬架系统数值仿真及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 附加气室空气悬架系统的主动控制研究
• 4.1 附加气室空气悬架系统振动控制策略
• 4.1.1 PID控制
• 4.1.2 最优控制
• 4.1.3 预测控制
• 4.1.4 模糊控制与神经网络控制
• 4.1.5 自适应控制
• 4.2 附加气室空气悬架系统的单神经元网络自适应控制
• 4.2.1 附加气室空气悬架系统的动力学模型
• 4.2.2 单神经元自适应控制器的设计
• 4.3 附加气室空气悬架系统的单神经元自适应控制仿真
• 4.3.1 仿真参数的选取
• 4.3.2 悬架系统自适应控制仿真
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表