三轴重型车辆主被动复合悬挂系统设计及控制策略研究

摘要

为提高基于电液伺服控制的主动悬挂执行器的动态响应速度和控制精度。本文依托国家重点研发计划项目“高机动应急救援车辆(含消防车辆)专用底盘及悬挂关键技术研究”(课题编号2016YFC0802902)，以提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性为目的，对主动悬挂系统的执行器、液压系统和控制策略设计进行了研究。　　本文研究基于油气悬挂系统改装的油气悬挂和电液伺服控制主动悬挂的复合悬挂系统，主动悬挂系统与油气悬挂系统可根据车辆行驶工况实现切换。由于悬挂作动器为主被动悬挂共用执行器，因此研究悬挂作动器的动态响应特性和控制策略具有重要实际应用价值。本文主要具体内容包括：　　建立了油气悬挂的油气弹簧模型和主动悬挂的单作动器动力学模型，建立了随机路面谱输入模型。根据悬挂系统技术要求，设计了悬挂系统的机械结构，并对主要元件进行了有限元分析；设计了悬挂系统的液压系统，完成了主要液压元件的计算选型。　　设计了基于天棚控制和LQR控制策略的控制器，在MATLAB/Simlink中建立了基于上述控制策略主动悬挂系统的控制模型，根据两种控制策略的仿真结果，对比分析了主动悬挂与油气悬挂对车辆的行驶平顺性和操纵稳定性的影响。　　为验证所设计悬挂作动器性能和控制策略的有效性，设计了电液伺服控制单作动器试验台，进行了在额定负载力下单作动器在不同频率、不同幅值的正弦信号跟随信号下的响应试验。试验结果表明所设计作动器性能和控制策略基本满足设计要求。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的意义

1.1.1课题来源

1.1.2课题背景

1.1.3研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1主动悬挂国内外发展现状

1.2.2主动悬挂控制策略

1.2.3主动悬挂作动器研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 悬挂系统动力学模型研究

2.1油气弹簧系统建模

2.1.1油气弹簧原理

2.1.2油气弹簧系统模型

2.2作动器系统建模

2.2.1作动器系统模型

2.2.2作动器系统性能分析

2.3主动悬挂系统动力学建模

2.3.1随机路面谱模型

2.3.2主动悬挂系统动力学模型

2.4本章小结

第3章 悬挂系统设计研究

3.1系统组成

3.2悬挂系统机械结构设计

3.2.1悬挂系统负载分析

3.2.2悬挂系统关键元件力学分析

3.3悬挂液压系统设计

3.3.1液压系统方案设计

3.3.2液压系统元件选型

3.4本章小结

第4章 主动悬挂控制策略及仿真研究

4.1主动悬挂控制策略研究

4.1.1天棚阻尼控制策略研究

4.1.2 LQR控制策略研究

4.2主动悬挂仿真模型建立

4.2.1单轴被动油气仿真模型建立

4.2.2天棚阻尼仿真模型建立

4.2.3 LQR控制模型

4.3主动悬挂系统仿真结果和分析

4.3.1车辆行驶平顺性分析

4.3.2车辆行驶安全性分析

4.4本章小结

第5章 主动悬挂单作动缸试验

5.1试验台系统的组成及原理

5.1.1系统描述

5.1.2试验台系统组成

5.2试验平台硬件设计

5.3试验台电液伺服控制试验

5.3.1试验目的

5.3.2试验结果及分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢