高低压罐气路闭环空气悬架车身高度调节与能耗特性研究

摘要

电子控制空气悬架系统可以使车辆获得良好的平顺性和操纵稳定性，正逐步广泛地应用于各类车辆。气路闭环空气悬架系统作为一种新型空气悬架系统结构，能够保证车身高度稳定调节，通过高压气体循环使用降低车辆能耗，具有明显的节能效果。气路闭环空气悬架系统根据储气罐个数可分为单体储气罐气路闭环空气悬架系统与高低压罐气路闭环空气悬架系统，其中，高低压罐气路闭环空气悬架系统更具有典型特征和良好性能，因此本文从高度调节性能与能耗分析等方面开展研究。
　　在分析高低压罐气路闭环空气悬架系统工作原理基础上，结合车辆动力学及气体热力学原理，建立带有高、低压罐车身高度调节系统数学模型，通过理论计算与实验相结合得到高低压罐压力、空压机等参数，为高低压罐气路闭环空气悬架系统的节能效果提供理论依据。
　　为实现快速调节整车车身高度，提出高低压罐气路闭环电控空气悬架系统车身高度调节控制策略;为使整车车身高度同时到达目标高度，提出车身姿态修正系数;在控制过程中，必然会出现“过调”现象，提出内模PID充放气控制算法并进行仿真。基于快速原型D2P平台搭建高低压罐气路闭环电控空气悬架系统试验台架，结果表明所提出控制策略可有效地提高车身高度控制的准确性。
　　为优化高低压罐气路闭环空气悬架系统车身高度调节参数，建立高低压罐气路闭环空气悬架系统能耗数学模型，通过Matlab/Simulink对其工作过程进行仿真，并通过台架试验验证高压罐压力与低压罐压力变化的准确性。针对气路闭环空气悬架系统三个工作过程中间环节能量损耗作出量化分析，用一种能量损耗评价指标——压缩气体有效能，计算得到高、低压罐初始压力对系统能量损耗影响，及气路闭环空气悬架系统相对开环系统节约能量。
　　为简化管路流量计算，优化控制系统设计复杂性，改善车身高度调节性能，设计高压罐压力气源自稳定调节与车身高度调节系统简化管路流量调节两种装置。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 高低压罐气路闭环电控空气悬架系统概述

1．1．3 研究的目的与意义

1．2 研究现状及趋势

1．2．1 电控空气悬架系统车身高度控制系统

1．2．2 气路闭环节能空气悬架系统

1．3 研究的技术路线及主要内容

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 高低压罐气路闭环空气悬架系统模型

2．1 高低压罐气路闭环空气悬架系统组成与功能

2．2 气路闭环系统充气过程模型

2．2．1 高压罐放气模型

2．2．2 电磁阀模型

2．2．3 空气弹簧充气模型

2．3 气路闭环系统放气过程模型

2．3．1 空气弹簧放气模型

2．3．2 电磁阀模型

2．3．3 低压罐充气模型

2．4 气路闭环系统升压过程模型

2．4．1 低压罐放气模型

2．4．2 空压机模型

2．4．3 高压罐充气模型

2．5 车辆系统动力学模型

2．6 整车车身高度控制系统数学模型

2．7 高低压罐气路闭环系统参数确定

2．7．1 空气弹簧工作压力确定

2．7．2 高压罐初始压力与容积确定

2．7．3 低压罐初始压力与容积确定

2．7．4 空压机参数确定

2．8 本章小结

第三章 基于内模PID理论的空气悬架车身高度调节系统控制研究

3．1 气路闭环电控空气悬架系统车身高度调节控制过程分析

3．1．1 气路闭环空气悬架系统控制信号输入

3．1．2 气路闭环空气悬架系统控制信号输出

3．2 控制策略及目标设定

3．3 基于内模PID理论的空气悬架系统控制器设计

3．3．1 内模控制系统定义与基本原理

3．3．2 空气悬架系统车身高度调节控制器设计

3．4 仿真结果分析

3．5 本章小结

第四章 基于快速原型D2P的车身高度控制试验研究

4．1 D2P开发平台概述

4．2 试验台架搭建

4．2．1 空气弹簧夹具设计

4．2．2 气动系统

4．2．2 高度传感器安装

4．3 空气弹簧台架试验

4．3．1 空气弹簧有效面积确定

4．3．2 空气悬架系统高度传感器标定

4．4 整车车身高度控制试验及分析

4．5 本章小结

第五章 高低压罐气路闭环空气悬架系统能量损耗分析

5．1 高低压罐气路闭环系统仿真模型

5．2 高低压罐气路闭环空气悬架系统仿真模型验证

5．3 高低压罐气路闭环空气悬架系统节能评价

5．3．1 系统能量损耗评价方法

5．3．2 高低压罐气路闭环系统能量损耗效果评价

5．4 本章小结

第六章 气路闭环空气悬架系统的高压罐结构设计

6．1 高低压罐气路闭环系统充放气过程影响因素分析

6．2 高压罐结构设计方案

6．2．1 高压罐压力气源自稳定调节装置

6．2．2 车身高度调节系统简化管路流量调节装置

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 本文研究总结

7．2 主要创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果

附录A