基于刚度和阻尼可调减振支柱的越野汽车悬架参数优化与控制策略研究

摘要

电控悬架系统能够根据行驶环境的变化自适应改变悬架关键参数，使整车平顺性和安全性得到显著提升，是近年来国内外汽车底盘新技术研究的热点。目前关于电控悬架的研究普遍是把悬架刚度和阻尼作为两个独立的参数分别进行优化和控制，由于汽车行驶环境时刻变化，要求悬架参数应该具有时变性，所以很难实现悬架刚度和阻尼的实时最佳匹配。由空气弹簧与筒式液压减振器组成的同轴一体式减振支柱具有刚度与阻尼关联可调的独特性能，有助于提高车辆乘坐舒适性、安全性和稳定性。本文以某轻型越野汽车为研究对象，将新型一体式减振支柱应用于该越野汽车的后悬架，对后悬架的结构和参数进行匹配设计和优化，并针对后悬架的要求设计研制了相应的减振支柱，研究了后悬架刚度和阻尼自适应模式切换控制策略，为该新型电控悬架在越野车辆上的应用开发奠定基础。 介绍了课题组设计开发的新型一体式减振支柱的结构组成和工作原理，分析了阻尼可调减振器阻尼挡位调节机理，通过物理模型分析阐述了减振支柱空气弹簧主副气室和减振器油腔油液之间的气液力耦合关系。 针对某轻型越野汽车后悬架系统，将新型一体式减振支柱替代液压筒式减振器，与钢板弹簧组成复合式悬架，在simulink中搭建1/4车辆动力学模型，建立了兼顾平顺性、操纵稳定性和安全性的多目标优化模型，采用粒子群优化算法，通过Matlab编制优化计算程序，对四种工况下的后悬架刚度和阻尼进行了优化匹配和仿真分析。 根据复合式后悬架的刚度和阻尼匹配要求，对一体式减振支柱进行参数设计及刚度和阻尼特性仿真，确定了减振支柱空气弹簧的三种充气压力数值和三种阻尼状态数值。对研制的减振支柱样件进行刚度和阻尼特性台架测试，试验结果与仿真结果基本吻合。通过1/4车辆仿真模型对后悬架参数优化前、后的整车平顺性和操稳性进行对比分析。 根据决策控制理论，设计了后悬架四种工作模式间的切换策略，通过Simulink/stateflow建立了多模式自适应切换控制器，为了全面分析后悬架多模式切换控制对整车性能的影响，建立了整车七自由度振动模型，仿真结果表明，采用多模式切换控制的后悬架能显著提升整车的行驶性能，车身加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度都有不同程度的改善。

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