附加气室容积可调空气悬架系统的联合控制理论与技术

附加气室容积可调空气弹簧应用于车辆悬架系统对提升车辆综合性能有重要作用。利用非线性系统分析理论与方法，分析附加气室容积改变对空气弹簧静、动态特性的影响，建立该类空气弹簧的非线性弹性特性理论；利用多体动力学理论与方法，建立整车动力学模型，分析空气弹簧悬架系统对整车操稳性、乘坐舒适性和道路友好性等的影响；基于车辆VH性能要求，优化附加气室容积可调空气弹簧刚度与可调减振器阻尼，探索附加气室容积可调空气悬架系统与整车的匹配理论；依据VH总体满意的变结构控制理论，构建带有优先级的空气悬架刚度和阻尼集成的联合控制系统，提出空气悬架系统高度、刚度、阻尼集成控制的学术思想和理论方法，探索新型ECAS系统的控制策略，引入高度传感器和无源无线压力传感器获得车身高度和空气弹簧内部压力信息，对车辆进行实时控制，使车辆的行驶平顺性、操纵稳定性和道路友好性得到协调改善，为研发新型ECAS系统提供理论支撑。

本项目就附加气室容积可调空气悬架的结构开发、特性分析、与整车匹配及联合控制理论等问题展开了系统研究。主要工作有：1）建立了多种形式的数学模型、有限元模型，仿真分析了带附加气室空气弹簧系统各参数对弹簧结构特性和动力学特性的影响，将空气弹簧动刚度的变化规律采用以附加气室容积比、初始气压、有效面积、激振频率、振幅等五个参数为自变量的函数形式加以总结。2）设计了多种形式的容积可调附加气室及其执行机构，为整车匹配与联合控制的台架试验提供了硬件基础，对附加气室容积可变空气悬架的实际应用起到积极的推动作用。3）自主开发了带附加气室空气弹簧试验台架系统，利用台架试验验证了仿真模型的准确性，并对空气弹簧动力学特性进行了深入的试验研究。4）完善了附加气室容积可调空气弹簧悬架与整车的匹配理论，建立了适用于带附加气室空气悬架整车匹配的数学模型，并以簧载质量加速度、悬架动行程及轮胎动载荷为目标设计了多目标寻优函数，利用α-方法确定加权系数，结合多目标遗传算法实现了带附加气室空气弹簧、悬架减振器阻尼、整车三者之间的参数匹配。5）分别针对附加气室容积、减振器阻尼和车身高度，提出了基于遗传算法优化理论的附加气室容积决策控制方法、基于准滑模变结构理论的空气悬架减振器阻尼调节方法以及旨在维持车身高度稳定的PID控制方法。针对三个控制参数的耦合问题，采用分层控制、迭代跟踪的方式将其解耦，并集成为分层跟踪半主动空气悬架联合控制方法。项目研究期间，取得了一系列创新性成果，形成了多项自主知识产权。在国内外主要刊物发表论文8篇、在国际学术会议上发表论文5篇，其中已有7篇被EI收录。申报国家发明专利14项，已授权11项。培养博士研究生3名，其中已获得学位1名；硕士研究生9名，其中已获得学位7名。