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汽车悬架系统是车轮和车身之间传力连接装置的总称,用于减缓外界扰动对车身的冲击。悬架的性能对车辆的行驶平顺性及操控性都有重要影响。悬架系统可以分为被动悬架、半主动悬架以及主动悬架。传统的被动悬架的结构参数不能随着外界的条件的变化而变化,从而限制了汽车性能的进一步提高,而半主动悬架的结构参数如阻尼、弹簧刚度等都可以随着外界条件的改变而改变,因此能较好的满足车辆行驶性能的要求。同时与主动悬架相比,其结构简单,价格低廉,因此受到广大车辆工程界的广泛重视。
本文设计了一种具有阻尼多状态切换减振器的半主动空气弹簧减振系统,从结构、工作原理分析、减振支柱动力学特性建模与验证以及半主动悬架的模糊-PID控制策略设计与仿真等方面展开研究,以探索高性能半主动悬架的新的技术途径。
本文首先介绍了该种半主动空气弹簧减振系统的基本结构组成和工作原理。为了分析该减振系统的动力学特性,结合流体力学及热力学的相关理论,建立了阻尼多状态切换减振器系统的数学模型,运用SIMULINK仿真分析了该空气弹簧减振系统的输出力(包括空气弹簧的作用力和阻尼多状态切换减振器的作用力)与减振器活塞运动行程、频率的关系,并与减振系统的台架试验结果进行对比验证,结果表明:阻尼力试验值与仿真值的偏差小,所建的减振系统数学模型具有较高的精度,且减振器阻尼状态变化明显,阻尼切换控制准确,为汽车半主动悬架的控制提供了理论依据。同时,建立了1/4车辆的模糊PID控制模型,以我国常见的B级路面作为路面激励,分别对在车速50km/h和车速80km/h两种工况下的半主动悬架性能进行了计算机仿真,与被动悬架和仅施加模糊控制的半主动悬架就簧载质量加速度、轮胎动载荷、悬架动挠度这些性能指标进行了对比分析。通过计算,得出在车速50km/h和车速80km/h两种工况下,车身垂直加速度相对于被动悬架分别降低了34.16%和33.79%。分析结果证明了施加模糊PID控制的半主动悬架系统比传统的被动悬架和仅施加模糊控制的半主动悬架具有更好的减振性能,同时也说明了该控制策略有效可行,能够明显地改善车辆的平顺性。