电控空气悬架及其控制策略研究

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1、万方数据东北林业大学硕士学位论文空间法，仿真分析了模糊PID控制对于空气悬架平顺性的影响【5¨。在实际工业领域中应用比较广泛的是经典PID控制方法，由于其具有对结构简单、以实现等优势。PID控制的主要内容是整定其三个参数，其参数的合适与否直接关系到所设计的控制器的好坏。对于不易建立具体模型或过程的被控对象来说，传统的Z—-N法常常伴随着较大的超调量与无规则振荡【521。模糊控制方法适应性和稳定性较好，而且只需建立被控对象的简单模型即可，适用于具有较强非线性的控制对象【531。这正弥补了PID控制方法的不足。PID控制与模糊

2、控制两种控制方法优缺点正好互补，将两者有效的结合起来具有优越性显著。1．2本文研究的目的与意义汽车悬架对于汽车的作用极大，主要影响车辆的平顺性、操纵稳定性及轮胎接地性。传统的机械式高度阀空气悬架仅可根据载荷变化调整悬架刚度以保持车高不变。随着电子控制理论及计算机技术的发展以及人们对汽车乘坐舒适性的提高，电子控制空气悬架成为汽车从业者共同关注的课题【241。国外的ECAS已在客车、重型载货车广泛应用。国内的电控空气悬架尚处于起步阶段，基本依赖于国外进口。从国外进口的电控空气悬架系统成本大大的提高，使车辆的售价大大的提高，一大

3、大削弱了我国车辆企业在国际上的竞争力。国内汽车企业设计人员普遍对ECAS设计理论不够深入尤其是对空气悬架与整车匹配、悬架控制理论技术和空气弹簧设计等方面。另外，空气悬架的集成协同控制、刚度阻尼无级实时可调也将是未来的趋势。因此，对空气悬架主动控制的研究，提高车辆的乘坐舒适性、行驶平顺性、操纵稳定性等性能，具有重要的理论和学术价值。1．3本文研究的方法及主要内容本文以电子控制空气悬架(ECAS)为研究对象，简要分析空气悬架的建模方法与工作原理和特性。同时，参考国外同类车辆的空气悬架所具有的控制功能，利用PID控制理论、模糊控

4、制理论和次优控制理论，设计相应的控制器，并通过MATLAB进行仿真分析。具体内容如下：(1)分析空气弹簧特性和工作原理阐述空气悬架工作原理以及结构分类。以某商用车空气弹簧为研究对象，详细分析空气弹簧的特性。基于空气弹簧有效容积、内部气体压力、有效面积和承载质量等工作参数，运用热力学基本理论，建立空气弹簧非线性弹性模型。在MATLAB／simulink中建立空气弹簧非线性模型。求出空气弹簧悬架在不同工作初始压力下的刚度特性曲线。运用MATLAB绘图中的datacursor工具，通过取点法采集多组数据点，得到空气弹簧垂向形变量

5、(相对位移)与绝对弹力数据。规定气囊压缩为正，伸张为负，通过对该表的变换得到相对位移与弹簧相对弹力数据表。以此表为基础，利用以最小二乘法意义下的多项式拟合法，拟合得到弹簧垂向形变与空气弹簧相对弹力之间的多项非线性关系万方数据1绪论式，为建立非线性空气悬架模型奠定基础。(2)模型的建立根据前述空气弹簧模型的建立，分别建立线性和非线性空气弹簧悬架模型，并对两种模型进行平顺性进行仿真对比分析。同时，分别建立线性和非线性空气悬架主动控制模型，为后面控制系统的建立提供必要的模型准备。(3)控制器的设计与仿真试验运用线性最优二次型最优

6、控制理论，以悬架的车身垂向质心加速度为控制目标，建立以线性空气悬架模型为基础建立LQG控制器。针对非线性空气悬架模型，以车辆平顺性车身垂向加速度为控制目标，分别建立PID、模糊、模糊PID控制器。其中空气悬架的次优控制是以线性空气悬架模型为基础，定义状态变量和输出变量，将空气悬架微分方程模型转化成状态空间模型。给定次优控制性能指标，求解黎卡提方程，求出最优反馈控制矩阵，求得相关的速度反馈系数和加速度反馈系数。(4)仿真及结果分析介绍汽车平顺性的基本的评价方法以及评价指标。根据所建立的空气悬架模型和控制器模型，建立综合的仿真

7、模型。路面输入为以B级路面车速为60km,th的滤波白噪声进行平顺性仿真。同时，简要分析所建立的车辆模型的道路友好性。万方数据东北林业大学硕士学位论文2空气弹簧悬架特性分析2．1空气悬架系统概述空气悬架是一种由电控或由发动机驱动空气压缩机对气囊进行充放气的一种车辆悬架。空气弹簧悬架主要由空气弹簧构成。空气弹簧由于具有良好的隔振、减振性能而被广泛的应用于轨道和公路车辆及航空工业领域【2引。空气弹簧最初为卡车等重型车应用，由于具有刚度可调、固有频率为常数等诸多优势，现已广泛用于豪华轿车、多功能车、厢式旅行车等车型【2川。主动悬

8、架性能优越，可以明显改善车辆的乘坐舒适性(汽车平顺性)和操纵稳定性。但是，主动悬架功率损耗以及装车成本明显高于普通悬架。所以主动悬架的应用范围仅为较少的高档汽车。而近年兴起的电控空气悬架，同时具有被动悬架，主动悬架，半主动悬架的特点。空气悬架的阻尼和刚度可以根据车辆行驶工况自动调节，具有主动悬架的特点。