电控复合式空气悬架设计与车身高度控制研究

摘要

我国公路条件的改善为汽车空气悬架创造了基本的使用条件，国内高速公路的发展对国内空气悬架市场产生了很大的促进作用。我国高速公路的迅速发展和运输量的增加，都对汽车的操纵性、稳定性、平顺性、安全性提出了更高的要求。基于钢板弹簧悬架设计与应用较为成熟的实际情况，本文对采用钢板弹簧与空气弹簧并联组成复合弹性元件的电控复合式空气悬架展开研究，这种悬架结构简单，对布置空间要求较低，其中钢板弹簧兼起导向机构的作用，因而同时具有钢板弹簧与空气弹簧悬架的优点。
　　 本文在对空气弹簧力学和刚度模型进行理论分析及推导的基础上，指出了影响空气弹簧刚度的主要因素。通过空气弹簧特性试验，研究了充放气时间与其内压、刚度的关系，拟合试验测点数据得到充放气时间与空气弹簧内压、刚度的关系式，为复合式空气悬架空气弹簧的选取提供了相关的依据。
　　 根据复合式空气悬架结构特点，以高度阀不起作用时各弹性元件进行负载分配，确定复合式空气悬架主要参数，对兼起导向机构作用的少片钢板弹簧进行设计，使复合式空气悬架系统具有理想的固有频率。
　　 建立在ABAQUS中下的少片钢板弹簧有限元模型，模拟了钢板弹簧装配与加载的过程，得到钢板弹簧在0.15倍至1.5倍满载下板簧应力与应变分布情况。通过有限元仿真中计算所得到的刚度值，验证了少片钢板弹簧设计参数的有效性。
　　 建立电磁阀、空气弹簧的内部数学模型，结合单质量车身动力学方程，完成了电控复合式空气悬架高度调节模块设计，实现车身高度的调节。针对控制中的超调现象，采用PID/PWM控制器，实现对超调现象有效抑制。
　　 结合路面实际情况，建立基于车身高度充放气控制的电控复合式空气悬架双质量振动系统动力学模型。在基于车身高度设定值时采用了变速PID/PWM控制，并对其进行了平顺性仿真分析。结果显示，设计的PID/PWM控制器能在高度控制策略有效的前提下，改善车辆行驶平顺性与乘坐舒适性，使基于车身高度控制的复合式空气悬架具有良好的综合性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 空气悬架的分类

1．3 空气悬架发展历史和现状以及趋势

1．3．1 国外空气悬架发展历程与研究

1．3．2 空气悬架在国内的运用与研究

1．3．3 空气悬架发展趋势

1．4 本文研究的主要意义和内容

1．4．1 本文的研究意义

1．4．2 本文研究的主要内容

第二章 空气弹簧系统特性分析

2．1 空气弹簧的结构与分类

2．1．1 空气弹簧的结构

2．1．2 空气弹簧的分类

2．2 空气弹簧特性

2．3 空气弹簧力学模型与刚度分析

2．4 空气弹簧特性试验

2．4．1 试验原理与试验设备

2．4．2 试验结果

2．5 本章小结

第三章 复合式空气悬架的设计

3．1 悬架主要参数的确定

3．1．1 不同初始簧载质量分配的确定

3．1．2 复合式空气悬架相关参数的计算

3．2 少片钢板弹簧主要参数和尺寸的确定

3．2．1 满载弧高fa的确定

3．2．2 钢板弹簧长度L的确定

3．2．3 钢板弹簧断面尺寸及片数的确定

3．2．4 少片板簧截面尺寸的选取及其刚度计算

3．3 钢板弹簧在自由状态下的弧高和曲率半径的计算

3．3．1 板簧总成在自由状态下弧高计算

3．3．2 钢板弹簧各片在自由状态下曲率半径的计算

3．4 少片变截面钢板弹簧模型的建立

3．5 本章小结

第四章 少片钢板弹簧有限元分析

4．1 ABAQUS软件简介

4．2 少片钢板弹簧的有限元计算模型

4．2．1 有限元模型的建立

4．2．2 接触对的设置

4．2．3 板簧模型的约束和加载

4．2．4 钢板弹簧的应力、应变仿真分析

4．3 本章小结

第五章 复合式空气悬架高度控制系统研究

5．1 高度调节系统各子系统数学模型

5．1．1 电控空气悬架气路结构

5．1．2 电磁阀元件模型

5．1．3 空气弹簧内部充放气模型

5．1．4 复合式空气悬架单质量系统动力学模型

5．2 基于车身单质量系统高度控制的仿真分析

5．3 控制器的设计

5．3．1 变速积分PID算法

5．3．2 PWM控制算法

5．3．3 变速PID／PWM控制模型仿真

5．4．基于双质量振动系统的平顺性模拟仿真

5．4．1 路面模型

5．4．2 双质量振动系统动力学模型及仿真

5．4．3 双质量振动系统的动力学仿真结果与分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文