油气悬架车高实时控制算法的研究及分析

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1、油气悬架车高实时控制算法的研究及分析刘畅2015年1月中图分类号：U463.33UDC分类号：629油气悬架车高实时控制算法的研究及分析作者姓名刘畅学院名称机械与车辆学院指导教师陈思忠教授答辩委员会主席李晓雷教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchandSimulationontheAlgorithmofHeightControlusedforHydro-pneumaticSuspensionCandidateName：LiuChangSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngi

2、neeringFacultyMentor:Prof.ChenSizhongChair,ThesisCommittee：Prof.LiXiaoleiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果

3、，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要车高控制具有改变车辆底盘离地间隙、控制车身俯仰角及侧倾角等功能，可提高车辆在起伏路面的行驶速度和通过能力。本文研究了油气悬架车高调节系统非线性特性，建立了油气悬架整车车高调节模型；基于整车模型对油气悬架车高控制策略进行研究，为车高控制技术在油气悬架车辆上的应用提供了理论支持。论文的主要研究内容和结论如下：（1）考虑油气悬架系统充放油过程中的非线性特性，建立了油缸内油液压力

4、梯度方程及蓄能器气体压力、体积梯度方程，实现油气悬架充放油过程的非线性特性数学描述；对比例电磁阀进行建模，进一步完成油气悬架车高调节的四分之一车模型。仿真对比了AMESim模型和数学模型各状态量的响应变化，验证了所建立的两种油气悬架模型的一致性。通过台架试验验证油气弹簧数学模型正确性，为后续油气悬架控制策略研究奠定基础。（2）基于四分之一车油气悬架车高调节系统数学模型建立开关控制器并对“超调”问题进行研究。仿真结果表明，蓄能器气体可压缩性是导致“超调”问题的根本原因，而电磁阀迟滞特性及结构参数、车辆簧载质量、油缸及蓄能器结构参数、油源压力等因素影响车高调节过程中超调量的大小。（

5、3）基于四分之一车油气悬架车高调节系统数学模型分别建立了PID、滑模及模型预测控制器。仿真结果表明，PID控制器、滑模控制器、模型预测控制器均能快速、稳定地解决车身高度调节过程中的“超调”问题，提高车身高度控制的品质和精度，而模型预测控制器作用下的车高响应速度最快。（4）建立了油气悬架整车车高调节系统七自由度数学模型及路面模型。基于状态反馈线性化等线性化理论将油气悬架整车车身高度非线性模型进行线性化，并据此设计整车车高滑模控制算法及模型预测控制算法。仿真结果表明，无论是驻车还是行驶状态下，所设计滑模及模型预测控制器均能解决整车车高调节过程中的“超调”问题；相比模型预测控制，具有

6、强鲁棒性的滑模控制对车身俯仰角、侧倾角变化的控制效果更加显著，大大提高了车身高度控制的品质和精度。关键词：油气悬架；车高调节；整车；滑模控制；模型预测控制I北京理工大学硕士学位论文AbstractWithfeaturesofregulatingthegapofthechassistothegroundandcontrollingpitchandrollanglesofvehiclebody,thevehicleheightcontrolcanincreasethevehiclespeedandimprovethetrafficabilityofthevehicleonrough

7、roads.Inthispaper,thenonlinearcharacteristicofthevehicleheightregulatingsystembasedonhydro-pneumaticsuspensionwasstudiedboththeoreticallyandexperimentallyandthevehicleheightregulatingmodelbasedonhydro-pneumaticsuspensionwasbuilt;Withthewholevehicle