新型空气阻尼式悬架系统设计及控制机理研究

With the development of national economy and the improvement of living standard, people pay more and more attention to vehicle performance, thus the research of vehicle suspension system is facing new challenges. Air suspension with its unique advantages attracted wide attention at home and abroad, and has lead the development trend of the future suspension system. Following the latest research trend of air suspension system, this study systematically investigated an air suspension with air damping (air suspension with auxiliary chamber). Based on the existing experimental and theoretical study of the suspension characteristics, further systematic research was conducted to understand the characteristics of the suspension system, and a design method and an effective control method of the suspension system were presented considering various vehicle performances. The main research contents include: establishing mathematical model of the suspension system with design parameters; analyzing the characteristics of the suspension system and its effect on vehicle performance; presenting design method and effective control method of the suspension system based on in-depth study of the connections among suspension design parameters, suspension characteristics and vehicle performance. The purposes of this study were providing a complete idea for investigating this suspension system, perfecting its research system and promoting the development and application of this suspension system in the vehicle.

随着国民经济和生活水平不断提高，人们对车辆性能的要求越来越高，从而使车辆悬架系统研究面临着新的挑战和考验。空气悬架系统以其独特的优势引起了国内外广泛关注，已成为未来悬架的发展趋势。本研究把握空气悬架系统最新研究动向，将以空气阻尼式空气悬架系统（带附加气室空气悬架系统）为研究对象，在对其特性初步实验和理论研究的基础上，进一步对空气阻尼式空气悬架系统特性展开系统深入的研究，并结合整车性能提出一套空气阻尼式空气悬架系统的设计方法及控制方法。主要研究内容包括：建立基于系统设计参数的悬架数学模型；研究空气阻尼式空气悬架系统特性及其对整车性能的作用机理；深入研究空气阻尼式空气悬架设计参数、特性及整车性能之间的关系，提出该悬架系统的设计方法和控制方法。本研究旨在为研究空气阻尼式空气悬架系统提供一条完整的思路，完善其研究体系，促进空气阻尼式空气悬架系统在整车中的发展和应用。

汽车工业的快速发展与国民生活品质的提高，对汽车的各项性能如平顺性、操纵稳定性、NVH特性等提出了更高要求。悬架系统无论从运动学角度或是动力学角度都对汽车的各项性能起着广泛而重要的影响作用。因此，一直备受很多学者的关注。空气悬架系统具有独特优势，已广泛于各种车型，也是未来车辆悬架系统的发展方向。尽管国内外对其展开了较多研究工作，但对于空气悬架系统的研究并不完善，仍有很多值得进一步探究的问题。本项目对空气阻尼悬架系统从实验和理论方面开展研究，重点研究了其理论建模方法；分析了其系统特性及工作机理；研究了系统设计参数对性能的影响；并提出该悬架系统的设计和控制方法。取得的主要成果为：（1）引入了摩擦模型和分数导数Kelvin-Voigt模型对橡胶皮囊建模，完善了空气弹簧的建模方法并提高了模型精度；提出一种橡胶皮囊参数辨识方法，降低了实验成本；（2）基于MTS实验台开发了带附加气室空气悬架系统实验平台，并提出了系统实验方法，研究了系统静动态力学特性；（3）应用复刚度理论，提出采用等效刚度及等效阻尼系数分析系统动态力学特性及工作机理，结果表明系统等效刚度呈拉平的S曲线状，等效阻尼系数呈反S曲线状，具有振幅相关性和频率相关性。（4）建立了不同形式悬架液压衬套的非线性数学模型，研究了其参数辨识方法及动态特性影响因素，深入了解了其工作机理，为衬套设计选型提供了依据。（5）提出了基于几何设计参数的设计方法并编制设计软件，进行了整车控制研究。本项目的研究成果对空气悬架的建模、力学特性及设计等方面具有一定的理论参考价值，对于完善空气阻尼式空气悬架系统研究体系，促进其在整车中的发展和应用有积极的意义。