基于空气悬架的轻型货车平顺性和稳定性研究.doc

江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文为 了进一 步真实地反 映装配 主 动悬 架货 车的性能 ， 本 文 在 疌 环 境 下 搭 建了货 车的整 车虚 拟样机模型， 模型中 将车身 和 货 厢 的连 接 拟定为 高 刚 度的弹性 连 接 ，结合 ， 运 用模糊 控制 ， 对 货 车整 车模型进行 联 合 仿 真。 仿 真结 果 表明：货 车在 随 机的路面 激 励 以 及 三 角形凸 路面 情况 下 行 驶 ， 装配 主 动悬 架的货 车模型的座椅加 速 度， 货 厢 质 心 加 速 度， 货 厢 质 心 俯仰 角加 速 度等都得 到了有 效的减 小， 提高 了 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 琲 ， 痵 琤 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文第 章 绪 论 。 掌 傻 奶氐恪 掌 傻 姆掷唷 本 章 小结 引言 模糊 控制 理论 本 章 小结 第 四章 主 动悬 架货 车模型的平腰性分析。 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究谢 读 硕 士 期间 发表的学 术论 文 。 引言 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究等人分析了管 路和 气室 如 何影 响空气弹簧刚 度和 频 率 特 性 ；的 、 年 ， 我国第 一 辆安 装有 空气悬 架的载重 货 车由 化工 橡 胶工 业 研 究 所与长春汽 车研 究 所联 合 开 发生产 ， 标 志着我国开 始 研 究 空气弹簧。 此后我国又 在 各 个领 域 开发了相应的空气悬 架， 例 如 轨道 车辆、 无 轨电 车等。 世 纪 年 代末 我国研 制 出 第一 只 能 够控制 车身 高 度的高 度控制 阀 ， 虽 然 其 控制 原 理并不能 适 应汽 车的实际 工况 ，存在 许多 缺陷 ， 但在 当 时来 说 仍旧 是 一 个不小的突破。 我国设 计 完成的高 度控 在 抢占 国内高 档客车市 场 的同 时， 也 把 先进的产 品 技 术引进国内。 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究髟萝一 乡为 该弹簧在 此载荷 下 的刚 度， 在 图中 很 明显可 以 看出 ， 在 相同 的载荷 条件 下 ， 空气弹簧的静 挠度要大 于 钢板 弹簧的静 挠度， 这就 表示 ， 在 悬 架行 程 的极限范 围之 内， 空气 频 翠图栽 荷 一 一 频 率 特 性 曲线图载荷 一 一 挠度特 性 曲线和 自 由 膜式 。 其 主 体 都为 圆 柱形橡 胶囊， 橡 胶囊上端连 接 上盖板 ， 下 端连 接 底 座 ， 工作 时通过 橡 胶囊的伸缩 变形获 得 不同 的刚 度。 约 束 膜式 和 自 由 膜式 空气弹簧的区别 在于 ， 约 束 膜式 空气弹簧在 橡 胶囊外有 一 个约 束 筒， 能 限制 橡 胶囊的扩 张 ， 使 它 的挠曲部 分在 约 束 筒和 外筒之 间 变化；而 自 由 膜式 空气弹簧不存在 约 束 筒， 橡 胶囊的伸张 不受限制 。 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 货 车主 动悬 架控制 策 略 的选 择对 汽 车主 动悬 架的控制 ， 一 直 是 汽 车动力 学 领 域 内被广泛 探 讨 的话 题。 如 何选 择合 适 的控制 策 略 ， 是 关 系 到主 动悬 架性 能 好 坏 的关 键所在 ， 不同 的控制 策 略 可 能 产 生完全不同 的控制 效果 。 过 去几 十年 里 ， 研 究 人员 在 悬 架控制 系 统 上做 了大 量 的理论 研究 分析， 并且 发表了大 量 的文献资 料 ， 取 得 了令人瞩 目的研 究 成绩 。 现 阶段主 动悬 架的控制 策 略 几 乎 涵 盖了所有 控制 理论 的内容 。 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究表 弹簧变形量 和 载荷 对 应数 据 图 空气弹簧位 移 一 一 载荷 曲线对 空气弹簧的位 移 载荷 曲线进行 求 导 ， 可 以 得出 空气弹簧的刚 度特 性曲线，图 空气弹簧位 移 一 一 刚 度曲线 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究空气式 主 动悬 架的工作 原 理缩 阀 和 排气阀 对 气囊进行 充 放 气， 使 气囊的刚 度和 承 载力 始 终保 持 最 佳 的减 振 状 态 下承载面 积有 关 ， 即 ： 图主 动式 空气悬 架等价模型 七自由 度货 车模型的建 立 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究：图七自由 度主 动悬 架货 车模型车身 质 心 处 的俯仰 运 动方 程 为 ：贔 籆 咕 一 趓 、 一 货 箱 处 垂 直 运 动方 程 为 ： 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 锚 选 取【遥琙琙睿郏 琿， ， 琙詒作为 状 态 变量 ，牌删其 中 ， 矩阵 、 、 的取值 分别 如 下 所示 ： 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究一。逝。型。或謔 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文以 上式 子 中 ， 、 G昂 舐致 访 媸淙 耄 粃 椅G昂 蠓 腔稍刂 柿 看怪蔽灰疲 籑 ， 、路面 模型 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究疻 。 一式 中 ， 刀一 空间 频 率 。 ， 它 是 波 长五的倒数 ， 表示 每米 长度中 包 含波 长数 ； 苚 一 设 频 率 指 数、 ， 将式 胧 中 ， 可 得：一 瑀 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究图前 后轮路面 输 入模型文 件本 章 小结 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文第 三 章 主 动悬 架系 统 的模糊 控制 器的设 计相较 于 传 统 的控制 方 式 ， 模糊 控制 有 以 下 几 个方 面 的特 点 和 优 势：和 纯滞 后系 统 的控制 ；模糊 控制 理论一 年 后模糊 逻 辑的概 念 也 由 甆 岢觥闦 教 授 在 进一 步研 究 后提出 了模糊 推 理的理念 ， 使 模糊 控制 理论 渐 渐 完善 起来 。传 统 的集 合 理论 中 ， 一 个元 素和 集 合 之 间 ， 只 有 “属 于 ”和 “不属 于 ”的关 系 ， 没 有 其 他情况 。 而 模糊 集 合 的描 述 是 一 个模糊 的概 念 ， 它 没 有 明确 的界 限， 而 只 是 表示 为 符合 这个模糊 概 念 的程 度大 小【】， 模糊 几 何的概 念 使 得数学 的思 维 和 方 法可 以 用来 处理模糊 性的现 象。 绻 鸄 且 敲碈 。 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文一 个模糊 控制 器的实现 ， 需要满 足以 下 几 个功 能 ：根 据 以 上步骤， 以 文 中 所建 立 的七自由 度货 车模型为 例 ， 设 计 模糊 控制 器。 在 此本 文 设 计 的模糊 控制 器有 两个输 入变量 和 一 个输 出 变量 ， 设 前 悬 架簧载处 垂 直 速 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究皿 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文本 章 小结 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究第 四章 主 动悬 架货 车模型的平顺性 分析， 痬、 痬、 痬、 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文她百意醚驸最征擘氅噻荨【图 货 箱 质 心 俯仰 角加 速 度 性 能 指 标车身 质 心 加 速 度车身 俯仰 角加 速 度座 椅加 速 度座 椅垂 直 位 移货 箱 垂 直 位 移货 厢 质 心 垂 直加 速度从 表 中 可 以 直 观 地看到， 对 货 车前 后悬 架同 时进行 主 动控制 后， 货 车模型的 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究货 车在 行 驶 中 由 于 路面 冲 击 等产 生的振 动对 驾驶 员 的影 响， 取 决于 振 动的频 率 、频 率 范 围内， 驾驶 员 容 易引起内脏 的共 振 和 脊椎的压 迫 ， 极易产 生疲 劳 驾驶 的征兆 ，图座 椅垂 直 加 速 度功 率 谱密度 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 酣 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究袁 前 悬 架单 独 主 动控制 与被动悬 架各 性 能 均 方 根 值 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文独 对 后悬 架进行 主 动控制 ， 其 车身 俯仰 角加 速 度、 车身 质 心 加 速 度、 货 厢 质 心 垂 直 位 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究本 章 小结 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文第 五章 疌 环 境 下 的货 车整 车模型建 立可 以 在 产 品 生产 前 对 其 模型的各 方 面 性 能 进行 仿 真实验 预 测， 能 够在 开 发时即 时发现产 品 存在 的缺陷 从 而 进行 完善 ， 大 大 减 少 了产 品 开 发的周期和 成本 。瓵 软件 由 很 多 模块 组合 而 成， 其中 有 三 个核心 模块 ：模块 、 模块 和 ？ 椋 硗庥 行 矶 嘧 的？ 椤 芾 鼓 ？ 楹 徒 涌谀？ 榈 鹊取 。本 文 主 要运 用 械 腃 模块 和 模块 。 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究带空气式 主 动悬 架的货 车整 车模型的建 立 约 束 类型万 向节圆 柱副旋转 铰球铰 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究】 后悬 架所需的约 束 类型和 数目如 表所示 ：表 后悬 架所需约 束 类型和 数目 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文齿条和 齿条套管 等。 转 向轴 分为 输 入轴 、 输 出 轴 和 中 间轴 三 部 分。 转 向盘和 转 向输 入轴之间用固定副约 束 ；转 向输 入轴 和 转 向柱管 用圆 柱副约 束 ；转 向中 间轴 和 输 入轴 、 输 出轴 的连 接 用万 向节副 约 束 ；转 向输 出 轴 和 小齿 轮之 间 采 用固定副 约 束 ；齿 轮和 车体 之 间用转 动副 约 束 ；齿 条和 齿 条套管 用移 动副 约 束 ；利 用减 速 齿 轮耦合 约 束 联 系 齿 轮转 动和齿条平移 ， 同时实现 传 动比 的变化。 所建 立 的转 向系 统 模型如 图所示 ： 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究主 动悬 架货 车模型的建 立 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文本 章 小结 在 社会 飞 速 发展的今天， 工业 设 计 的产 品 越 来 越 复 杂 和 精密， 人们已 经 无 法运 用单 一 的软件 来 进行 产 品 的研 发， 一 个产 品 的成功出 现 往 往 集 合 了多 种软件 的分析研究 ， 但是 多 种软件 无 法进行 信息 和 数 据 间 的交 换 和 相互 控制 ， 软件 之 间 独 立 地工 作 往往 导 致 产 品 开 发中 出 现 问 题， 而 这些问 题经 常 要在 物 理样机被测试 时才能 发现 ， 这样就 大 大 降 低了开 发周 期和 生产 成本 。联 合 仿 真技 术解 决了软件 之 间 不能 交 互 运 行 的问 题， 为 机械 和 控制 系 统 的联 合 仿真分析提供 了一 个全新的思 路。 在 以 往 的产 品 开 发过 程 中 ， 运 用不同 软件 的工程 师之间 缺乏 信息 交 流， 不能 基 于 一 个完整 而 统 一 的构架和 界 面 环 境 下 对 共 同 的数据 模型进行 联 合 分析， 所以 无 论 哪 一 个环 节哪 一 方 出 现 了问 题， 所有 的设 计 框架都必 须 重 新开发。 缤 ：拦 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文疌 刂 葡低成杓浦饕 S幸韵滤母 霾 街 瑁 缤 示 ：第 一 步：建根 据 本 章 中 联 合 仿 真的实例 ， 可 以 将该流程 图解 释 为 ： 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究联 合 仿 真模型的建 立 一 项改为 模式 ， 在 此模式 第 三 步， 建 立 联 合 仿 真图。 在 环 境 下 建 立 联 合 仿 真图， 整 车模型作 为 被控对 象 模块 存在 ， 如 图 中 ； 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究选 择需要的路面 谱缤 。 【 】 图随机不平度路面 参 数 对 话 框道 路分级标 准 中 选 择空间 功率 谱密度的平均 值 计 算 其平 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文车辆在 速 度为 的随机路面 上行 驶 ， 仿 真时问 为 秒 ， 仿 真内容 主 要分析货 车货 厢 及 驾驶 员 座 椅的振 动情况 ， 同 时， 由 于 货 车行 驶 的道 路友 好 性 越 来 越 受到人们重 视 ， 因 此考 虑 货 车轮胎 的动载荷 曲线， 限于 文 章 篇 幅， 只 给 出 了左前 轮和 左后轮的轮胎 动载荷 以 作 参 考 。 图、 图、 图分别 表示 货 车车厢 质 心 加 速度、 货 车车厢 质 心 俯仰 角加 速 度、 座 椅质 心 垂 直 加 速 度的时域 对 比 图， 从 图中 可 知 ， 装配 有 主动悬 架的整 车模型相较 于 被动悬 架的整 车模型， 其 货 车车厢 质 心 加 速 度、 货 车车厢 质心 俯仰 角加 速 度及 座 椅质 心 垂 直 加 速 度都有 明显的降 低。 而 从 图 中 可 以看出 装配 有 主 动悬 架的货 车其 轮胎 动载荷 有 明显的减 小， 降 低了对 路面 的破坏 ， 减 轻了货 车轮胎 的磨损 。 表更 直 观 地反 应出 悬 架各 振 动性 能 均 方 根 值 的衰减 率 ， 其中 ，装配 有 主 动悬 架的整 车模型相较 于 被动悬 架的整 车模型， 其 货 箱 质 心 加 速 度、 货 箱 俯 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究搭 货 厢 质 心 俯仰 角加 速 度 基 于 空气悬 架的轻 型货 车平顺性 和 稳定性 研 究簧蔷 货 车操 纵 稳定性 的仿 真性 试 验 的评价方 法多 种多 样， 比 较 常 见 的有 转 向盘角阶跃 输 入试 验