{
其中 ０
图１ 电控气动式可调阻尼减振器结构
Ｘ＋Ｇ Ｗ Ｘ＝Ａ Ｙ＝Ｃ Ｘ＋ＨＷ
· · Ｔ
·
（ １ ） （ ２ ）
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｐ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅｄ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ
０
１
０
１ ６ ． 气管
试验在 Ｉ Ｎ Ｓ Ｔ Ｒ Ｏ Ｎ８ ８ ０ ０型单 通 道 数 控 液 压 伺 服 激振试验台上进 行， 试 验 台 由 微 机、 压 力 传 感 器、 位 移传感器、 油泵、 控制器、 伺服阀、 激振头以及电荷放 大、 Ａ／ Ｄ 、 Ｄ／ Ａ转换等模块组成。试验结果如图 ２及 表 １所示。
－ １ ０ ０ Ｗ ＝· Ｈ ＝ ０ ｘ （ ｔ ） ０ ０ ０ ０
式中 ｃ — — —悬架基值阻尼 ０ Ｗ— — —路面速度激励 — — —悬架可控阻尼 ｃ ｒ ｍ — — —非簧载质量 １ ｍ — — —簧载质量 ｋ — — —轮胎刚度 ２ １ — — —悬架弹簧刚度 ｋ ２ ｘ — — —路面激励 ０ ｘ — — —非簧载质量位移 １ — — —簧载质量位移 ｘ ２
１ ． 摆动气缸 ２ ． 气 缸 保 持 架 ３ ． 支 撑 托 垫 ４ ． 连 杆 ５ ． 转轴 ６ ． 连杆上的孔 ７ ． 活 塞 组 件 ８ ． 阀 体 ９ ． 阀 芯 １ ０ ． 底阀组件 １ １ ． 封头 １ ２ ． 阀芯上孔 １ ３ ． 阀体上孔 １ ４ ． 储 气 室 １ ５ ． 电磁阀
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎａ ｎ ｄＴ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｅ ｍｉ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅＡ ｉ ｒＳ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎＳ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ
Ｗａ ｎ ｇＲ ｕ ｏ ｃ ｈ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎＬ ｏ ｎ ｇ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇＸ ｉ ａ ｏ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｕＸ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ
引言 悬 架 是 车 辆 系 统 中 的 关 键 部 件， 它起到传递和 衰减路面振动的作用。传统的空气悬架采用机械高 度阀来调节车身高度， 具有响应速度慢、 精度低的缺 点。电子技术特别是大规模集成电路和微型电子计 算机技术的快速发 展， 极大地推动了电子控制技术 在车辆悬架系统中 的 巨 大 发 展 和 广 泛 应 用， 具有非 线性刚度特性的电子控制空气悬架系统研究和应用 成为业内的又一研究热点
【 摘要】 建立了半主动空气悬架系统数学模型， 设 计 了 可 调 阻 尼 减 振 器、 半主动悬架控制器以及台架试验系 统。在仿真的基础上， 进行了可调阻尼减振器试验 与 半 主 动 空 气 悬 架 系 统 １ ／ ４模 型 台 架 试 验， 分析了半主动空气 悬架及其控制系统对车辆动态性能的影响， 计算和试验结果基本吻合， 提高了车辆的乘坐舒适性。 关键词：车辆 半主动空气悬架 可调阻尼减振器 模糊控制 台架试验 中图分类号：Ｕ ４ ６ ３ ３ ３ ５ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ０ １ ２ ９ ８ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ４ ０ ０ ０ ６ ０ ４
第 ４期 汪若尘 等：车辆半主动空气悬架系统设计与试验
７
１ 半主动空气悬架模型
车 辆 悬 架 是 一 个 复 杂 的 振 动 系 统， 研究垂直方 向上振动对汽车平 顺 性 的 影 响 时， 将汽车简化为二
１ ］ 自由度的线性振动分析模型 ［ 。
根 据 牛 顿 第 二 定 律， 可以得到半主动空气悬架 系统的状态方程为
［ １～ ５ ］
研究 基 于 振 动 主 动 控 制 的 主 动 ／ 半主动悬架系
６～ ７ ］ ， 国内也有专家学者进行该领域的研究， 在半 统［
主动悬架零部件设 计、 仿真分析和试验研究方面取
８ ］ 得了一定 的 成 果 ［ 。而电子控制空气悬架的研究
还主要集中在车身 高 度 控 制 上， 涉及空气悬架半主 动模糊控制的较少。本文建立车辆半主动空气悬架 系统的数学模型， 分析半主动空气悬架系统对车辆 动态性能的影响， 提出一种模糊控制的半主动空气 悬架控制策略， 设计可调阻尼减振器、 半主动空气悬 架控制器以及半主 动 空 气 悬 架 试 验 系 统， 在仿真的 基础上， 进行台架试验。
。
２ ０世 纪 ７ ０年 代 以 来， 汽车工业发达国家开始
收稿日期：２ ０ １ １ ０ ３ ２ ０ 修回日期：２ ０ １ １ ０ ５ ０ ５ ５ ０ ９ ０ ５ ０ ７ ８ ） 、 江苏省教育厅自然科 学 基 金 资 助 项 目 （ ０ ８ Ｋ Ｊ Ｂ ５ ８ ０ ０ ０ １ ） 、 江苏大学高级人才启动基金资助项目 国家自然科学基金资助项目（ （ ０ ７ Ｊ Ｄ Ｇ ０ ３ ９ ） 和江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目（ Ｑ Ｃ ２ ０ ０ ９ ０ １ ） 作者简介：汪若尘， 副教授， 博士， 主要从事车辆动态性能模拟与控制研究， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｗ ｒ ｃ ＠ｕ ｊ ｓ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 通讯作者：陈龙， 教授， 博士生导师， 主要从事汽车动态性能模拟与控制及交通安全控制研究， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ｅ ｎ ｌ ｏ ｎ ｇ ＠ｕ ｊ ｓ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
３ 半主动空气悬架仿真
车辆悬架性能评价指标有： 车身加速度、 悬架动 行程和轮胎动载荷。本文在约束悬架动行程和轮胎 动载荷的前提下， 尽 量 减 小 车 身 加 速 度。 因 此 选 取 车身加速度为控制指 标。 ｅ 为质心加速度的给定值
８
农 业 机 械 学 报 ２０１２年
ｘ ｘ ｘ ｘ ｘ ］ Ｘ＝［ ｘ １ ２ １－ ０ ２－ １
Ｔ Ｙ＝［ ｘ ｘ ｘ ｋ （ ｘ ｘ ） ］ ２ ２－ １ １ １－ ０ · ·
０ ０ －１ １ Ａ＝ ｍ１ ｋ ｍ１ －（ ｃ ｃ ）／ ｍ１ （ ｃ ｃ ）／ ｍ１ １／ ２／ ０＋ ｒ ０＋ ｒ －ｋ ０ －ｋ ｍ２ （ ｃ ｃ ）／ ｍ２ －（ ｃ ｃ ）／ ｍ２ ２／ ０＋ ｒ ０＋ ｒ ｍ （ ｃ ｃ ） ／ ｍ ２／ ２ ０＋ ｒ ２ ０ －ｋ Ｃ＝ ０ １ ０ ０ ｋ ０ １ Ｇ ＝ －（ ｃ ｃ ） ／ ｍ ０＋ ｒ ２ ０ ０
ｄ ｅ （ ｔ ） 与实际值之差， 误差变化率为 ｅ （ ｔ ）＝ 。将 ｅ ｃ ｄ ｔ 和ｅ ｕ为 模 糊 控 制 ｃ作为 模 糊 控 制 器 的 输 入 变 量， 器的输出变量。为简单起见， 本系统中输入变量 ｅ ，３ ］ ， 其模糊子集为 和ｅ ｃ 的 模 糊 论 域 选 为 ［－３ ｛ Ｎ Ｂ ， Ｎ Ｍ， Ｎ Ｓ ， Ｚ ， Ｐ Ｓ ， Ｐ Ｍ， Ｐ Ｂ ｝ ， 相应的基本论域为 ［－ ３ ， ３ ］ 、 ［－６ ０ ， ６ ０ ］ ； 模 糊 输 出 变 量 ｕ模 糊 论 域 为［－ ６ ， ６ ］ ， 其 基 本 论 域 为 ［－２ ４ ０ ， ２ ４ ０ ］ ； ３个 因 子 ｋ 、 ｋ 、 ｋ 、 ０ ０ ５和 ４ ０ 。模糊控制规则参 ｅ ｅ ｃ ｕ分别为 １ 考文献［ ５ ］ 。
（ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＲ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ２ １ ２ ０ １ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２０１２年 ４月 Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ６ ０ ４ １ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ １ ２ ９ ８ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ４ ． ０ ０ ２
农 业 机 械 学 报
第４ ３卷 第 ４期
车辆半主动空气悬架系统设计与试验
汪若尘 陈 龙 张孝良 朱兴华
（ 江苏大学汽车工程研究院，镇江 ２ １ ２ ０ １ ３ ）
表１ 减振器试验结果和仿真结果对比 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓｔ ｈ ｅｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅｄ ａ ｍｐ ｅ ｒ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｓ ｅ ｍ ｉ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅａ ｉ ｒ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎｗ ａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ．Ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅｄ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ，ｓ ｅ ｍ ｉ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅａ ｉ ｒ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄｂ ｅ ｎ ｃ ｈｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｗ ｅ ｒ ｅｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ．Ｏ ｎｔ ｈ ｅｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅｄ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ１ ／ ４ｍ ｏ ｄ ｅ ｌｏ ｆｓ ｅ ｍ ｉ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅａ ｉ ｒｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎｂ ｅ ｎ ｃ ｈｗ ｅ ｒ ｅｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ，ｔ ｈ ｅｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅｏ ｆｓ ｅ ｍ ｉ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅａ ｉ ｒ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｉ ｔ ｓｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｔ ｏｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅｗ ｅ ｒ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ．Ｔ ｈ ｅｒ ｉ ｄ ｅｃ ｏ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｏ ｆ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｗ ａ ｓ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ，Ｓ ｅ ｍ ｉ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅａ ｉ ｒ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅｄ ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ，Ｆ ｕ ｚ ｚ ｙｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ，Ｂ ｅ ｎ ｃ ｈｔ ｅ ｓ ｔ