【摘要】：隨著公路貨運(yùn)業(yè)的發(fā)展,重型貨車的數(shù)量日益增多,人們對其整體品質(zhì)的要求也在不斷提高。其中,行駛平順性和操縱穩(wěn)定性,是車輛最主要的兩個(gè)動(dòng)力學(xué)性能,對其進(jìn)行控制研究是提高車輛整體品質(zhì)的必要前提。懸架控制能夠抑制車輛系統(tǒng)的振動(dòng),提高其行駛平順性;轉(zhuǎn)向控制和直接橫擺力矩控制可抑制車輛偏航、防止側(cè)翻,提高其操縱穩(wěn)定性。然而,懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)系統(tǒng)間存在耦合關(guān)系,因此,為了提高車輛的綜合性能,研究平順性與穩(wěn)定性的協(xié)同控制,具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。本文基于二自由度1/4車輛模型,設(shè)計(jì)了半主動(dòng)懸架LQG控制器,引入層次分析法計(jì)算了控制器各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),通過與被動(dòng)懸架和On-Off控制半主動(dòng)懸架的對比,分析了LQG控制半主動(dòng)懸架的優(yōu)越性。針對三軸重型車輛建立了八自由度半車平順性模型,并通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)了基于層次分析法的半主動(dòng)懸架多目標(biāo)LQG控制器,并基于MATLAB/Simulink進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。采用線性二自由度操縱穩(wěn)定性模型,對比分析了前輪轉(zhuǎn)向車輛與全輪轉(zhuǎn)向車輛的動(dòng)力學(xué)特性。對前輪轉(zhuǎn)向車輛零質(zhì)心側(cè)偏角臨界速度的存在條件進(jìn)行了推導(dǎo)與驗(yàn)證;基于準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)翻理論提出了全輪轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)翻預(yù)測模型和極限速度、極限轉(zhuǎn)角預(yù)測模型。針對三軸重型車輛建立了全輪轉(zhuǎn)向十自由度非線性操縱穩(wěn)定性模型。考慮垂向載荷轉(zhuǎn)移和車輪滑移率等對輪胎側(cè)向力的影響,基于刷子模型對參考模型的輪胎側(cè)偏剛度進(jìn)行了動(dòng)態(tài)逆向估計(jì)。結(jié)合比例轉(zhuǎn)向控制和直接橫擺控制提出了一種穩(wěn)定性集成控制策略,基于阿克曼原理和模糊PID控制技術(shù)設(shè)計(jì)了穩(wěn)定性集成控制器,并通過仿真驗(yàn)證了控制效果。針對車輛平順性與穩(wěn)定性協(xié)同控制問題,分析了懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等的相互關(guān)系,考慮輪胎動(dòng)載荷變化對車輛穩(wěn)定性的影響,建立了平順性與穩(wěn)定性相互作用的協(xié)同模型。通過分析隨機(jī)路面下轉(zhuǎn)向時(shí)協(xié)同模型與操穩(wěn)模型的不同,證實(shí)了協(xié)同控制研究的必要性。依據(jù)平順性與穩(wěn)定性協(xié)同原理,提出了車輛系統(tǒng)綜合控制策略,設(shè)計(jì)了懸架半主動(dòng)控制與穩(wěn)定控制相結(jié)合的協(xié)同控制器,并通過仿真驗(yàn)證了控制效果。研究表明,所設(shè)計(jì)的基于層次分析法的LQG控制器,使半主動(dòng)懸架具有良好的有效性和工況適應(yīng)性;比例轉(zhuǎn)向控制與直接橫擺力矩控制相結(jié)合的穩(wěn)定性集成控制器,可以避免車輛在不同工況下的轉(zhuǎn)向失穩(wěn);平順性控制與穩(wěn)定性控制的協(xié)同使車輛具有更強(qiáng)的魯棒性。本文的模型和控制策略可為多軸重型車輛平順性與穩(wěn)定性控制的研究提供理論參考。
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U461
【圖文】：

圖 2-1 二自由度車輛模型數(shù)為 cs，可控阻尼力為 Fc，s 2 1( )d cF = c z z +F系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為：1 s 2 11 s 2 1 1) ( ) 0) ( ) ( ) ct cz k z z Fz k z z k z q F + + = + 車身加速度、懸架動(dòng)行程與輪狀態(tài)變量為 X=[x1, x2, x3, x4])，取1 2 2 1 3 2 1 x = z , x = z , x = z z 為：

第三章 三軸重型車輛半主動(dòng)懸架 LQG 控制本章建立了帶有半主動(dòng)懸架的 8 自由度三軸車輛平順性模型，并通過仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。以駕駛室加速度等 10 個(gè)性能參數(shù)作為車輛的評價(jià)指標(biāo)，利用第二章中的 LQG 算法設(shè)計(jì)了車輛半主動(dòng)懸架的 LQG 控制器，并采用層次分析法確定各控制指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。以 B 級路面 70 km/h 工況為例，對比了半主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架的動(dòng)力學(xué)性能；并基于路面等級和不同車速的 25 種工況，分析了控制策略的適應(yīng)性。3.1 三軸車輛平順性動(dòng)力學(xué)模型3.1.1 半主動(dòng)懸架車輛模型建立基于半主動(dòng)懸架的八自由度半車模型，如圖 3-1 所示。

于 MATLAB/Simulink 搭建三軸車輛的平順性模型，如圖 3-3 所示（駕駛員座椅處）、車體質(zhì)心、前輪（左）、中輪（左）和后輪（處振動(dòng)加速度的大小作為評價(jià)依據(jù)。其中，B 級路面 50 km/h 工況試結(jié)果對比如圖 3-4 與表 3-2 所示。( c)( a)( d)(b )圖 3-2 試驗(yàn)測試現(xiàn)場情況

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2750469