液压主动悬架的车身平稳和车辆平顺性研究

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应急救援车辆作为陆地救援设备,经常行驶在凹凸不平的非结构化路面上,传统的被动悬架已无法满足应急救援车辆的机动性、平顺性、安全性和操纵稳定性需求。而主动悬架系统可以通过控制器的实时控制,实现调整车身姿态和减小振动幅度等功能,可显著提高应急救援车辆的行驶平顺性、通过性和操纵稳定性。本文结合国家重点研发项目“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”(项目编号:2016FYC0802902),考虑悬架系统中刚度阻尼的非线性特点、车体运动耦合因素,以提升车身平稳及行驶平顺性为目标,研究非线性整车液压主动悬架的控制方法。全文主要工作如下:(1)建立液压主动悬架系统模型。以二轴原型车为研究对象,依次建立非线性二自由度和七自由度悬架系统动力学模型。为研究电液伺服控制和主动悬架控制算法,分别建立液压执行器的阀控非对称缸模型和四轮相关路面输入模型。(2)设计主动悬架系统的线性反馈控制器。将悬架的升沉、俯仰和侧倾动力学方程概括为二阶非线性系统,分别设计线性反馈控制器,求解控制力矩。利用扩张状态观测器估计二阶系统中的路面扰动、运动力矩耦合因素,得到控制器反馈变量。控制器参数采用遗传算法整定,保证满足悬架行程约束和轮胎接地约束。控制力矩解耦后,经过各作动器的电液伺服控制器,调节车辆姿态。(3)搭建Simscape物理模型并进行液压主动悬架系统仿真分析。对比Simscape与状态空间模型,仿真效果表明两者具有一致性。在Simscape模型中验证电液伺服控制的力跟踪性能,并进行整车线性反馈控制主动悬架系统的仿真,结果表明,参数优化后的控制器能满足给定约束条件,提高液压主动悬架系统的性能,使车辆具有良好的车身平稳和行驶平顺性。(4)进行二轴原型车试验。对电控系统的参数进行调节和标定,设计试验上位机VB程序,在双边桥上进行主动悬架路面试验。结果表明,对比被动悬架,线性反馈控制液压主动悬架在质心垂向加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度均方根上分别降低了22.69%、24.23%和18.84%,俯仰角和侧倾角的均方根值、峰值均有显著减小。
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