基于阻尼连续可调减振器的半主动悬架系统控制策略研究

作     者：周锐 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢方伟

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：阻尼连续可调减振器 半主动悬架系统 控制策略 评定函数 综合性能 

摘      要：当前,车辆智能控制技术迅猛发展,先进悬架系统搭配有效的控制策略,能显著提升车辆驾乘的安全性和舒适性。悬架控制策略的实施要求车辆悬架系统的核心阻尼调节元件具有高度可控性,并能实现阻尼连续调节。为此,本文搭建了基于阻尼连续可调减振器的半主动悬架系统,研究其在多种控制策略下,对自身振动抑制的有效性和综合性能提升的改善率进行有益的探索。全文研究要点概括如下:(1)基于CDC减振器结构组成和工作原理的分析,结合其内部油液流向,得出复原和压缩行程的液压回路模型,建立其动力学模型,并通过理论推导得到CDC减振器“阻尼力-工作电流-激振速度三者之间的数学关系;分析CDC减振器外特性变化规律,得到在激振速度v=0-0.524m/s和工作电流I=0-1.5A范围内,CDC减振器阻尼系数的变化范围为700-2677N?s?m。(2)搭建电液伺服式减振器测试台,完成CDC减振器外特性实验,并与仿真结果进行比较可知:在激振速度v=0.052-0.524m/s和工作电流I=0-1.5A范围内,仿真与实验峰值的误差控制在7.6%-23.2%之间,验证前文动力学模型推导的正确性和仿真模型搭建的合理性;复原行程速度特性实验曲线出现“拐点(v=0.256m/s,I=0A),是由于CDC减振器内腔油压接近极限,CDC控制阀中的溢流阀逐渐开启进行卸荷所致。(3)搭建典型路面激励模型和1/4车辆2自由度半主动悬架系统振动模型,并对其进行时域和频域特性仿真分析,研究表明:悬架阻尼系数c是影响悬架系统振动特性的最主要因素,调节悬架阻尼系数c可以最有效的改善悬架综合性能,获得最佳的驾乘体验;最后,设计了车辆悬架系统综合性能评定函数H(ξ,ζ),并制定基于行驶平顺性的车辆悬架系统综合性能优劣的评定标准,即在偏重提升车辆行驶平顺性基础上,兼顾其操纵稳定性,使得车辆悬架系统综合性能达到最优。(4)引入PID控制、自适应模糊PID控制和模糊与PID并联复合控制三种控制策略,搭建基于CDC减振器的半主动悬架系统在三种控制策略下的Simulink仿真模型,以阶跃激励信号和所建立的典型路面激励模型作为路面输入,完成时域和频域特性仿真分析,并以所设计的评定函数H和H作为评价方法。分析得出:在同等条件下,相比于被动悬架系统,基于CDC减振器的半主动悬架系统在引入三种控制策略后,车辆悬架系统的综合性能均有显著提升。进一步对比三种控制策略的控制效果可知:基于CDC减振器的半主动悬架系统在引入模糊与PID并联复合控制后,不仅在面对多种不同路面激励时实现了自身振动的自整定和自适应控制,而且在偏重提升车辆行驶平顺性基础上,兼顾其操纵稳定性,将车辆悬架系统的综合性能提升至最优。