电控空气悬架的应用现状和关键技术

空气弹簧具有非线性弹性特性,且刚度可变。装有空气悬架的车辆能较好地改善汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。空气悬架是商用车的理想悬架结构型式。文中介绍了电控空气悬架结构及元件,分析了国内外电控空气悬架设计、使用等方面的现状及关键技术,最后阐述了汽车电控空气悬架的发展趋势。     

基于分数阶微积分的汽车空气悬架半主动控制

为研究分数阶微积分在汽车空气悬架半主动控制中的应用效果,建立了4自由度半主动空气悬架非线性动力学模型。采用改进的Oustaloup滤波器算法来模拟分数阶微积分,进而建立分数阶天棚阻尼半主动悬架的仿真模型,将仿真结果与被动悬架和整数阶天棚阻尼半主动悬架进行对比分析。分析结果表明:当汽车以20 m/s的速度行驶在B级路面时,与被动悬架相比,整数阶和分数阶天棚阻尼半主动悬架的车身垂向加权加速度均方根值分别减小了31.9%和43.9%,车身俯仰角加速度均方根值分别减小了23.1%和30.7%;基于分数阶微积分的天棚阻尼控制策略能更有效地抑制车身共振,改善乘坐舒适性。     

高地隙喷雾机主动空气悬架减振控制与实验

高地隙自走式喷雾机在接近于系统固有频率的地面条件下工作时,由于车身重心高、喷杆质量大且展开后较长,导致工作时车身与喷杆大幅剧烈摆动,影响作业质量甚至危及安全。针对此,本文提出适时开启的主动空气悬架减振方案。方案实施过程中,一方面需要解决空气弹簧充放气过程中的非线性控制问题,另一方面则需面对车身加速度与位移多变量同时控制以及最大控制力和悬架行程受限的传统问题。为此,制定了一种空气悬架H∞状态反馈与时频非线性联合减振控制策略。首先求解系统在约束条件下的H∞状态反馈控制器增益,基于此控制器可计算系统在地面扰动下的空气弹簧所应实施的目标压力;然后设计时频非线性控制器,依靠该控制器实时调节比例电磁阀开度进而控制空气弹簧压力使其跟随目标。基于室内台架实验,在模拟地面条件接近于系统固有频率以及田间随机路面激励两种工况下,对所提策略进行了验证。结果表明,系统在一阶共振频率的激励下,被动悬架簧载质量最大加速度达8.5 m/s2左右,半主动悬架的最大加速度约为7 m/s2,而主动空气悬架的最大加速度降低至2.5 m/s2,并在主动控制过程中,悬架位移始终保持在限制范围内,激振结束后悬架位移逐渐恢复至零初始位置;在随机田间路面激励工况下,主动控制悬架的车身加速度亦显著降低,证明了主动减振方案的有效性。     

基于次优控制的空气悬架道路友好性研究

为提高车辆的乘坐舒适性和道路友好性,针对空气弹簧的非线性特性,建立了空气弹簧与气囊压力、有效面积等因素有关的弹力模型。采用多变量反馈机制,改进了次优控制理论,使之能够应用到空气悬架。基于空气弹簧的非线性特性建立了单轮1/4车辆振动模型。同时,利用MATLAB/Simulink建立了空气悬架、模糊控制器和次优控制器模型。结果表明,针对非线性空气悬架所设计的控制器对车辆平顺性与道路友好性有显著的改善。     

半主动空气悬架神经网络的自适应控制

针对半主动空气悬架这种时变的、非线性复杂系统,提出基于神经网络的自适应控制策略,设计了神经网络辨识器和控制器。仿真计算表明,神经网络自适应控制的半主动空气悬架具有明显的减振效果。为了验证仿真效果,还进行了台架试验,研究结果表明车身振动幅度可下降30％左右。仿真和试验研究均表明,所提控制策略是正确的和有效的。     

车辆空气悬架PID控制系统的研究

为了提高车辆的乘坐舒适性和改善操纵稳定性,以电子控制空气悬架为研究对象,应用PID控制理论,研制了调节空气弹簧刚度的可编程控制器(PLC),并设计了相应的控制程序。该控制器以空气悬架的刚度作为控制量,选取簧上质量垂直振动加速度均方根值为目标量,建立了1/4车辆悬架PID控制仿真模型,对PID控制系统进行仿真。仿真分析表明,PID控制算法可以改善汽车的行驶平顺性,对空气悬架的控制是可行且有效的。     

基于平顺性的汽车空气悬架系统的匹配设计

通过建立基于空气悬架系统的汽车整车八自由度平顺性模型,应用MATLAB优化工具箱,结合空气弹簧的特性,分7种工况对空气悬架的刚度和阻尼进行了匹配设计,用MATLAB/S imu link验证了匹配结果并进行了仿真。仿真结果表明:优化后的空气悬架系统对由路面输入引起的振动能够进行有效抑制,能明显改善车辆行驶平顺性。     

大型车辆空气悬架控制器的设计开发

以空气悬架为研究对象,构建带附加空气室空气悬架系统的1/4车辆振动模型,采用不依赖于被控对象精确数学模型的模糊控制策略,开发出空气悬架刚度可调的软件控制单元。     

空气悬架车辆道路友好性分析

以1/4钢板弹簧悬架车辆和空气悬架车辆模型为仿真对象,建立模拟运动微分方程,模拟C级路面为随机输入,对模型进行了计算机仿真。研究结果表明:空气悬架车辆的车轮动载荷大大降低,其道路友好性能明显优于钢板弹簧悬架车辆,可以延长公路的使用寿命方面,节约大量的道路维护费用。     

某轿车空气悬架PID控制系统仿真研究

以某轿车空气悬架为研究对象,考虑空气悬架的动力学特性和PID控制特点,再结合1/4二自由度空气悬架模型在MATLAB/Simulink中搭建PID控制空气悬架模型。利用仿真模型对轿车空气悬架系统在不同工况下的动挠度、轮胎动行程和车身垂直方向振动加速度进行仿真分析,证明PID控制空气悬架相对于传统的被动空气悬架可以更好地提高轿车的乘坐舒适性和操纵稳定性。     

空气压缩机振动的分析研究

通过对一台小型空气压缩机振动的测试与分析，找出了该机振动的主要激励源和主要影响因素，进而采取了改进措施，取得了较为明显的减振效果。根据分析结果，对该机的减振问题提出了改进方案。     

空气罐水锤防护的并联泵系统水力振动分析

针对常见的以空气罐为水锤防护装置的并联泵系统,建立了进、出水池间的传递矩阵,用迭代法对复变量方程进行了求解,得到了系统自振频率及其对应振型.以某长距离供水工程为例进行了水力振动计算,得到了14阶系统自振频率及其振型,其中第1,14阶自振频率分别为0.010 6,0.183 3 Hz,自振频率低,仅当扰动源为低频扰动时才可能发生水力共振;系统各阶衰减因子均为负值,表明系统是稳定的,不会出现自激振动;把实例泵系统第8管段的PVC-M管改为焊接钢管,对系统进行了水力振动计算.由于管材改变,水锤波速增大,空气罐空气容积增大,各阶自振频率都增大,波谷、波峰出现的位置不同,压力与流量振幅增大,表明水锤波速对系统自振频率及其振型影响很大,因此在水力振动分析时,对管材、水中含气量等影响水锤波速的因素要引起足够的重视.     

基于电控空气悬架的轿车平顺性控制

分析了空气弹簧的非线性刚度特性,建立了1／4车辆非线性模型。依据设定的弹簧目标刚度,制定了以50km／h和70km／h为阈值的控制策略。通过在不同车速和路面条件下仿真,验证了调节空气悬架的刚度和阻尼可以起到降低车身加速度的均方根值等效果,使车辆平顺性得到较好的控制。     

轿车转向系与前悬架耦合动力学特性研究

在考虑簧载质量振动的情况下以轿车转向系与前悬架的耦合非线性振动系统为研究对象,应用集中参数法建立髙维耦合系统的7自由度非线性动力模型,模型中综合考虑轮胎的非线性侧偏特性,悬架的非线性弹簧-阻尼力以及转向系连杆的弹性作用。通过数值仿真研究,揭示了车轮存在失衡量时耦合系统的动态特性和转向系参数、前悬架参数对整车摆振的影响,明确了转向系振动与前悬架振动的相互作用关系,为耦合动力系统的动态设计与综合动力学控制提供了理论依据。     

离心泵水力诱导激振试验研究

离心泵的水力诱导激振影响泵的安全稳定运行。为了揭示离心泵水力诱导激振特性,以一台单叶片离心泵为试验对象,采用两个垂直布置的涡电流位移传感器测量离心泵空转及抽水时叶轮口环的瞬态位移,获得了叶轮口环瞬态位移的时域图、频域图以及口环位移轨迹图。基于霍尔感应器的键相信息,采用华科水力机械综合测试仪获得了离心泵在不同流量工况的水力诱导激振特性。试验结果表明,离心泵空转及抽水时时域图、频域图相似,波形均为周期性重复的畸变正弦曲线,主频均为叶轮转频,口环位移轨迹图均为畸变的椭圆形,但抽水时口环位移幅值有所减小。离心泵的水力诱导口环位移轨迹图在不同流量工况下均为畸变的椭圆形,在210°~300°之间出现一个突变区域,水力诱导激振在小流量工况显著增强,在额定工况及大流量工况水力诱导激振基本不变。     

客车空气悬架参数匹配研究

为确定安装在空气悬架上的减振器阻尼值,对空气弹簧进行了理论推导,得到了空气弹簧非线性力的数学表达式,并建立了SIMULINK模型;在对客车进行了适当的简化之后,建立了空气悬架客车的半车五自由度的数学模型及仿真模型。在建立模型的基础上,对不同减振器阻尼值搭配在典型工况下,进行了仿真分析;以后轴上方座椅处加速度均方根值为依据,根据仿真分析结果,得出了减振器阻尼值范围。经过相关试验验证,证明该客车具有较好的平顺性。该匹配方法对空气悬架参数的确定,具有指导意义。     

模糊控制的半主动空气悬架

首先搭建了空气悬架1/4车辆模型试验台,通过比较悬架3个性能指标的试验和仿真,其结果基本吻合,说明建立的1/4车辆模型是正确的。然后建立1/4半主动空气悬架的模糊控制模型,并对其进行仿真分析,结果表明模糊控制的半主动空气悬架在提高车辆乘坐舒适性和降低轮胎动载荷方面效果明显。     

半主动空气悬架的模糊神经控制仿真分析

以空气悬架客车1/4车辆模型为控制对象,设计了模糊神经控制器,以簧载质量垂直方向振动加速度均方根为控制指标,以车速50,120 km/h标准B级路面和标准C级路面为随机输入,利用MATLAB软件对模型进行了控制仿真分析。结果表明,模糊神经控制器对车辆的行驶平顺性和操纵稳定性均有明显的改善。