载重车辆半主动空气悬架的控制优化研究

摘要

悬架系统对车辆的行驶平顺性和操作稳定性具有重要影响。本文以某载重车辆半主动空气悬架为研究对象，在天棚阻尼控制策略中引入分数阶微积分理论进行研究，提出一种分数阶天棚阻尼控制策略，通过仿真分析研究了不同控制策略及其主要控制参数对悬架性能的优化作用。
　　首先，本文介绍了车辆悬架系统的建模及其组成部分，以1/4车辆2自由度被动悬架模型为研究对象，推导出系统动力学方程，并获得车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷三项性能指标的振动传递函数；接着，在整数域范围内，构建该1/4车辆悬架模型的理想和实际天棚阻尼控制模型，给出了一种基于数理统计方法的最优控制参数确定方法，通过Matlab/Simulink仿真分析比较了车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷在实际天棚和理想天棚控制策略下的时域和频域变化曲线，得出实际天棚阻尼控制在这三项指标上均优于被动悬架，低于理想天棚阻尼控制；最后，将提出的分数阶天棚阻尼控制策略应用到上述建立的1/4车辆悬架模型中，采用 Oustaloup逼近算法模拟分数阶微分算子，运用Matlab/Simulink软件构建相应的悬架仿真模型，进行了时域和频域内的仿真分析，并与整数阶天棚阻尼控制做比较。结果表明：不同路面激励下，在车身加速度和轮胎动载荷控制上，分数阶天棚阻尼控制要优于整数阶天棚阻尼控制，被动控制最差；而在悬架动挠度控制上，整数阶天棚阻尼控制最优，分数阶天棚阻尼控制次之，被动控制最差；从总体来看，分数阶天棚阻尼控制策略在悬架性能改善上要优于整数阶天棚阻尼控制策略。
　　综上所述，本文提出的分数阶天棚阻尼控制策略更能有效的抑制车辆共振，提高车辆的行驶平顺性和操作稳定性，改善悬架系统的综合性能。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究进展

1.3本文主要研究内容

2车辆悬架系统的建模和动力学分析

2.1路面不平度的功率谱及其输入模型

2.2车辆悬架评价性能指标

2.3悬架系统动力学模型

2.4本章小结

3整数阶天棚阻尼半主动悬架仿真分析

3.1理想天棚阻尼控制和实际天棚阻尼控制

3.2最优天棚阻尼系数的确定

3.3仿真结果分析与比较

3.4本章小结

4分数阶天棚阻尼半主动悬架仿真分析

4.1分数阶微积分的概念

4.2 1/4车辆半主动悬架分数阶天棚控制研究

4.3 1/2车辆半主动悬架分数阶天棚控制研究

4.4本章小结

5结论和展望

5.1本文工作总结

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文