發(fā)布時(shí)間：2020-11-14 13:48

　　 隨著公路交通的日益發(fā)達(dá)和國(guó)民生活水平的大幅提高,人們對(duì)汽車(chē)乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性的要求也日益提高。車(chē)輛電控互聯(lián)空氣懸架可實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)剛度、阻尼的主動(dòng)調(diào)節(jié),對(duì)于改善車(chē)輛行駛過(guò)程中的平順性與操縱穩(wěn)定性都有極其重要的意義。其中,通過(guò)控制邏輯切換空氣彈簧的互聯(lián)狀態(tài),可實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)的變剛度控制,通過(guò)控制可調(diào)阻尼減振器的阻尼系數(shù),可實(shí)現(xiàn)懸架的變阻尼力控制。整車(chē)平順性與操穩(wěn)性在車(chē)輛實(shí)際行駛過(guò)程中往往是相互矛盾、此消彼長(zhǎng)的,因此,通過(guò)對(duì)懸架系統(tǒng)剛度和阻尼的協(xié)調(diào)控制,保持整車(chē)姿態(tài)穩(wěn)定的同時(shí)兼顧平順性,提升整車(chē)綜合動(dòng)態(tài)性能,日益成為車(chē)輛工程研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)可根據(jù)連接空氣彈簧的互聯(lián)管路的布置形式,實(shí)現(xiàn)多種空氣彈簧互聯(lián)狀態(tài)間的切換,同時(shí),整車(chē)平順性與操穩(wěn)性對(duì)空氣彈簧互聯(lián)狀態(tài)又是敏感的,不同的空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)能在某一工況下有效提升一種性能,但同時(shí)卻會(huì)惡化另一種性能。因此,不同工況、不同互聯(lián)狀態(tài)下的整車(chē)平順性與操穩(wěn)性之間存在的矛盾沖突,可歸結(jié)為二者之間的性能博弈,即二者均試圖最大化自身的性能,而另一方的性能則可能因此出現(xiàn)較大的惡化。針對(duì)這一現(xiàn)象,本文提出運(yùn)用博弈論進(jìn)行互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)車(chē)輛平順性與操穩(wěn)性的博弈控制,進(jìn)行互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)整車(chē)動(dòng)態(tài)性能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),以期為進(jìn)一步提升互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)控制性能提供新的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)途徑。本文基于四角互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng),通過(guò)仿真分析在不同工況、減振器定阻尼條件下空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)對(duì)整車(chē)平順性與操穩(wěn)性的影響,獲得空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)切換控制邏輯;基于博弈理論建立整車(chē)平順性與操穩(wěn)性的博弈模型,設(shè)計(jì)可調(diào)阻尼減振器的阻尼力分配控制器、阻尼力輸出偏差控制器,并進(jìn)行控制系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)、臺(tái)架試驗(yàn)等方面的研究,論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,在深入研究單個(gè)空氣彈簧的動(dòng)力學(xué)特性與空氣彈簧互聯(lián)特性的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了四輪處空氣彈簧管路互相連接的互聯(lián)空氣彈簧懸架系統(tǒng)構(gòu)型,基于變質(zhì)量充放氣系統(tǒng)熱力學(xué)建立了單個(gè)空氣彈簧的動(dòng)力學(xué)模型、互聯(lián)管路模型,以及可調(diào)阻尼減振器動(dòng)力學(xué)模型�；�于上述動(dòng)力學(xué)模型,在車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件veDYNA中,首次建立了包含四角互聯(lián)空氣彈簧和可調(diào)阻尼減振器的整車(chē)仿真模型,作為整車(chē)平順性與操穩(wěn)性矛盾沖突機(jī)理分析和動(dòng)態(tài)性能協(xié)調(diào)控制方法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。其次,設(shè)計(jì)了可綜合表征平順性與操穩(wěn)性協(xié)調(diào)的性能指標(biāo)函數(shù),基于veDYNA整車(chē)模型,進(jìn)行直行工況和轉(zhuǎn)向工況下,不同的互聯(lián)狀態(tài)下的平順性與操穩(wěn)性性能仿真分析,總結(jié)歸納了空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)對(duì)平順性與操穩(wěn)性優(yōu)化和惡化的特性。基于以上仿真分析和特性歸納,結(jié)合平順性與操穩(wěn)性矛盾沖突與協(xié)調(diào)的難點(diǎn)和特性分析,創(chuàng)新地提出以微分博弈理論解決平順性與操穩(wěn)性的矛盾協(xié)調(diào)方法,并基于博弈理論,設(shè)計(jì)可調(diào)阻尼減振器目標(biāo)阻尼力分配控制器方案。第三,基于空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)對(duì)平順性與操穩(wěn)性的性能協(xié)調(diào)分析,設(shè)計(jì)了空氣彈簧在復(fù)雜工況下的互聯(lián)狀態(tài)切換邏輯,使空氣懸架切換至可改善惡化的性能的互聯(lián)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制目標(biāo),基于確定型無(wú)窮時(shí)域微分博弈理論,設(shè)計(jì)了可調(diào)阻尼減振器輸出的阻尼力分配控制器。以所設(shè)計(jì)的懸架平順性與操縱穩(wěn)定性最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)為博弈的支付函數(shù),以七自由度懸架模型為約束條件,從而建立懸架平順性與操穩(wěn)性協(xié)調(diào)博弈模型,通過(guò)求博弈模型的軟抑制反饋納什均衡,得到互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)可調(diào)阻尼減振器阻尼力最優(yōu)分配。第四,根據(jù)目標(biāo)最優(yōu)阻尼力分配,利用自適應(yīng)超螺旋滑模算法在非線性擾動(dòng)和高頻抖振抑制等方面的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)了目標(biāo)最優(yōu)的阻尼力輸出偏差控制器,該控制器可使可調(diào)阻尼減振器以較高精度輸出目標(biāo)阻尼力,有效抑制集總擾動(dòng)的干擾。同時(shí),通過(guò)對(duì)偏差控制器作Lyapunov穩(wěn)定性分析,給出了控制器的穩(wěn)定性條件,保證控制器具有較高的控制精度和魯棒性。在此基礎(chǔ)上,利用veDYNA建立了互聯(lián)空氣懸架協(xié)調(diào)整車(chē)動(dòng)態(tài)性能的控制系統(tǒng)仿真模型,通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的互聯(lián)空氣懸架協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的有效性和精度。試驗(yàn)表明,所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)具有響應(yīng)時(shí)間短、控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),能夠使車(chē)輛平順性得到有效提升的同時(shí),車(chē)身姿態(tài)的大幅度或劇烈變化得到有效抑制。最后,進(jìn)行了互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制性能的臺(tái)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證,基于Arduino DUE處理器開(kāi)發(fā)了整車(chē)平順性和操穩(wěn)性協(xié)調(diào)控制器,完成了互聯(lián)空氣懸架試驗(yàn)平臺(tái)的搭建。采用加速度傳感器、氣壓傳感器和高度傳感器采集臺(tái)車(chē)相關(guān)信息,在試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了壞路面直行和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向工況的臺(tái)架試驗(yàn),分析協(xié)調(diào)車(chē)輛平順性和操縱穩(wěn)定性控制效果,驗(yàn)證互聯(lián)空氣懸架協(xié)調(diào)動(dòng)態(tài)性能控制系統(tǒng)的有效性和可靠性。研究表明,所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可兼顧整車(chē)的平順性與操穩(wěn)性,平順性與操穩(wěn)性的博弈評(píng)價(jià)指標(biāo)總體上得到協(xié)調(diào)與優(yōu)化,有效性和魯棒性良好。即使在壞路面上行駛,與傳統(tǒng)空氣懸架相比,車(chē)身垂向加速度均方根值降低了18.32%,穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向工況下,側(cè)傾角幅值減少了1.26%。研究工作提出了結(jié)合空氣彈簧互聯(lián)狀態(tài)切換和車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能協(xié)調(diào)博弈控制方法,有效協(xié)調(diào)了平順性與操穩(wěn)性的矛盾沖突,拓寬了互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)控制的研究思路,研究工作對(duì)于提升互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)控制領(lǐng)域的研究水平、豐富互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容具有一定意義。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U463.33
【部分圖文】：

基于互聯(lián)空氣懸架系統(tǒng)的車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能矛盾沖突分析與博弈控制操縱穩(wěn)定性方面效果并不明顯。德國(guó)奔馳公司 2010 年在其 S 級(jí)轎AirMatic 一種半主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，通過(guò)將半主動(dòng)空氣懸架（如圖 1.1與自適應(yīng)變阻尼減振器（如圖 1.1（b）所示）相結(jié)合，構(gòu)成了可顯著適性和操縱穩(wěn)定性的全新智能型電控空氣懸架系統(tǒng)[15]，可減少車(chē)身的車(chē)輛行駛平順性和操控性能，國(guó)外只有極少數(shù)高檔車(chē)輛上安裝使用�？蒲性核�和學(xué)者已對(duì)空氣彈簧懸架和可調(diào)阻尼減振器開(kāi)展了一系列的并具備了一定的研究基礎(chǔ)，取得一些研究成果，而對(duì)懸架剛度和阻尼自并保持車(chē)身姿態(tài)穩(wěn)定，具有良好的操控性能的半主動(dòng)空氣懸架的研究于起步階段。

單位為 m。彈簧的彈簧力大小等于氣壓與有效面積的乘積，受路面激勵(lì)于簧載質(zhì)量，如表達(dá)式（3.5）所示：( ) 1 0 1F P P A 空氣彈簧產(chǎn)生的彈簧力，單位為 N；A1為空氣彈簧的有效為外界大氣壓力，單位為 Pa；P1為空氣彈簧內(nèi)部壓力，單不同型號(hào)空氣彈簧內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，其有效面積變化規(guī)律也將所采用的一體式空氣懸掛中空氣彈簧有效面積的變化特性，特性進(jìn)行分析。因此，基于 INSTRON8800 單通道液壓伺空氣彈簧特性測(cè)定試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)空氣彈簧有效面積隨空氣彈行研究。本試驗(yàn)采用 BilsteinB4 空氣懸架作為樣件，此空氣彈簧與阻尼減振器合成為一體式空氣懸掛，結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所

re 是一款高精度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)和動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真關(guān)仿真研究。veDYNA 具有開(kāi)閉環(huán)的可操作控制供卡車(chē)、拖車(chē)等插件及交通和傳感器的仿真，并選擇使用。veDYNA 專為硬件在環(huán)、軟件在環(huán)和基本方程是由 Rill 教授開(kāi)發(fā)的。主微分方程系統(tǒng)積分，任意積分步長(zhǎng)下都能夠保持穩(wěn)定。內(nèi)核函imulink 模型中，也可作為附加支持平臺(tái)庫(kù)，子模和總線實(shí)現(xiàn)。品組成有：1）內(nèi)燃機(jī)實(shí)時(shí)仿真模型 enDYNA；YNA；3）液壓制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真模型 RealTimA 車(chē)輛模型由底盤(pán)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系模模型五大獨(dú)立的子模塊組成，各子模塊根據(jù)各自構(gòu)化，如圖 3.13 所示為 veDYNA 中的車(chē)輛模型
【參考文獻(xiàn)】

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