气路闭环空气悬架系统能量损耗建模及分析

研究了高低压腔气路闭环空气悬架系统充放气过程中的能耗问题。基于热力学和车辆动力学理论建立了气路闭环空气悬架充放气模型并在Simulink中仿真,通过1/2车对空气弹簧进行充放气实验,实验结果验证了所建立的充放气模型的正确性。为分析研究闭环系统能量损耗途径,采用压缩气体有效能(即压缩气体对外界大气所做的功)对系统充气、放气、升压三个过程的能量损耗进行量化计算。仿真结果表明：充气过程中能耗随高压腔压力升高而变大;放气与升压过程中的能耗都随低压腔压力升高而降低;在同等条件下,高低压腔气路闭环系统相对开环系统可以节约大量的能量。     

基于AMESim的ECAS车高调节模糊自适应控制研究

针对电控空气悬架在车身高度调节过程中存在的过充、过放以及目标值附近的震荡等不良现象,基于AMESim建模与仿真平台建立了单轮ECAS车高调节系统物理模型,准确获取了ECAS在车高调节过程中存在的复杂动态特征,利用Matlab设计了ECAS车高调节模糊自适应控制器,对车高调节过程中进入或流出空气弹簧内的气体质量流量进行准确控制,并进一步采用PWM技术将连续的气体质量流量控制信号转化为离散的高速开关电磁阀直接控制信号,从而实现对ECAS车高调节系统的实时控制。基于AMESim和Matlab进行ECAS车高调节模糊自适应控制器实际控制性能的联合仿真研究,仿真结果表明,所设计的控制器能够实现车身高度的有效调节。     

基于模糊控制电控空气悬架车身高度控制策略研究

针对车身高度调节过程中,电控空气悬架充排气而产生的非线性特性,建立了电控空气悬架的管路流量模型、空气压力模型及空气悬架动力学模型。为了消除调节过程中产生的高度误差,设计了适用于非线性控制的模糊控制器,并与电控空气悬架系统模型联合建模仿真。结果表明,模糊控制能够快速稳定的对车身高度进行调节。     

基于扩展Kalman滤波器组的ECAS系统传感器故障诊断

针对电控空气悬架(electronically controlled air suspension,简称ECAS)系统在车高调节过程中由于传感器故障频发导致控制效果变差的问题,提出一种能够对电控空气悬架系统传感器故障进行诊断的方法。首先,采用AMESim软件搭建ECAS系统物理模型以实现空气弹簧特性的精确描述,同时在Matlab/Simulink中搭建路面激励和传感器故障的数学模型;其次,针对车辆ECAS系统的非线性特性,采用扩展卡尔曼滤波器组设计故障诊断方案,并进行不同传感器不同故障类型的联合仿真;最后,搭建了1/4ECAS系统台架,进行车高调节过程中传感器故障诊断试验。试验结果表明,所提出的方法能够准确地辨识ECAS系统传感器的典型故障,较好地隔离不同的故障传感器,为ECAS系统的准确可靠运行提供了保证。     

电控闭式空气悬架车高调节控制研究

研究了电控闭式空气悬架系统充放气回路结构及工作过程,在对系统进行合理简化的基础上,结合车辆系统动力学和变质量系统热力学理论,对电控空气悬架系统车身高度调节过程中的弹簧内气体热力学过程、簧载质量动力学过程进行了分析,建立了电控闭式空气悬架系统车身高度调节数学模型。针对车身高度调节过程中出现的"过充"、"过放"以及振荡现象,基于神经网络PID控制算法设计了车身高度自适应控制器。为了验证控制系统的实际性能,基于Matlab/Simulink搭建了车身高度控制系统仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制器能够有效改善车身高度调节过程出现的不良现象,提高了车身高度控制精度。     

随机干扰下汽车电控悬架车身高度控制研究

空气悬架汽车在对其车身高度进行动态切换的过程中会严重受到随机干扰所带来的不良影响,为了解决这个问题,通过与空气弹簧的模型结合而建立整车模型,从而对随机干扰下汽车电控悬架车身高度的调节和控制进行研究。其中神经网络PID自适应高度调节控制器是利用单神经元自调整增益算法来设计的,并通过仿真软件对控制器的性能进行验证。根据仿真结果可验证所设计的控制器能够有效改善随机干扰对汽车电控悬架车身高度调节过程中产生的震荡,并使得车辆的稳定性和舒适性得到了提高。     

电控空气悬架控制器设计与仿真研究

通过建立1/2车辆电控空气悬架模型和路面输入模型,应用最优控制理论进行了电控空气悬架LQG控制器的设计,并在Matlab环境中建立系统模型进行模拟仿真,将被动空气悬架、主动空气悬架的车身加速度、俯仰角加速度、悬架动行程及轮胎动位移4项指标进行了分析对比。仿真结果表明,具有LQG控制器的电控空气悬架对车辆乘坐舒适性和操纵稳定性的改善具有良好的效果。     

基于悬架摆臂移除的车辆多体系统动力学半递推建模

西班牙学者GARCíA提出一种两步式半递推多体动力学建模方法,该方法利用一组独立的相对坐标来描述多体系统的控制方程,具有较高的计算效率,但悬架摆臂建模过程较为复杂且计算效率依然无法满足超实时仿真需求,针对该问题提出一种基于悬架摆臂移除的车辆多体系统动力学半递推建模技术。通过移除悬架摆臂生成开环多体系统并引入闭环约束方程,计算由移除悬架摆臂产生的惯性力和外力并基于开环系统拓扑结构积累,推导车辆闭环多体系统的控制方程。运用四阶Runge-Kutta (4th RK)和Adams-Bashforth-Moulton (ABM)数值积分方法求解该多体动力学模型,评估悬架摆臂移除技术在4th RK和ABM算法下的计算精度和计算效率。结果表明,所提出的悬架摆臂移除技术在不同数值积分方法下都能够实现车辆多体系统的精确实时/超实时仿真,可为未来高度或者完全自动驾驶汽车主动安全控制提供精确高效的动力学模型。     

基于UDS的空气悬架车辆自动化生产线的设计

针对空气悬架车辆生产过程由于自动化、信息化水平低而导致的生产效率低下的问题,文章设计了基于UDS的空气悬架车辆自动化生产线。该系统基于UDS协议实现生产线设备、车辆控制器、云端之间的的通信,实现了在空气弹簧充气、车高标定、最终检测过程中的智能流程控制,对生产过程实现云端实时监控,有效地提升了企业生产与故障诊断效率。     

空气弹簧动态特性拟合及空气悬架变刚度计算分析

为深入研究车辆空气悬架的性能,在悬架系统动力学模型的建立和仿真计算过程中,需要考虑空气弹簧的刚度随弹簧载荷和工作高度改变而变化的特点。根据空气弹簧的动态特性试验数据构成一簇有规律曲线的特点,分别以弹簧工作高度和初始载荷为自变量进行两次曲线拟合,用非线性曲线拟合方法代替气体状态方程,得到空气悬架使用条件下空气弹簧的刚度工作曲线方程。在悬架半车离散状态空间模型仿真的每个计算步长开始时,随悬架动挠度的实时状态来确定模型中空气弹簧的刚度计算数值,从而达到对空气悬架进行变刚度仿真分析的目的。采用此方法计算的某客车空气弹簧气压瞬态响应与滚下法悬架固有频率试验时测到的空气弹簧气压曲线更接近,提出的空气弹簧变刚度特性拟合处理和悬架模型变刚度仿真方法有效。     

A hybrid approach to modeling and control of vehicle height for electronically controlled air suspension

The control problems associated with vehicle height adjustment of electronically controlled air suspension (ECAS) still pose theoretical challenges for researchers, which manifest themselves in the publications on this subject over the last years. This paper deals with modeling and control of a vehicle height adjustment system for ECAS, which is an example of a hybrid dynamical system due to the coexistence and coupling of continuous variables and discrete events. A mixed logical dynamical (MLD) modeling approach is chosen for capturing enough details of the vehicle height adjustment process. The hybrid dynamic model is constructed on the basis of some assumptions and piecewise linear approximation for components nonlinearities. Then, the on-off statuses of solenoid valves and the piecewise approximation process are described by propositional logic, and the hybrid system is transformed into the set of linear mixed-integer equalities and inequalities, denoted as MLD model, automatically by HYSDEL. Using this model, a hybrid model predictive controller (HMPC) is tuned based on online mixed-integer quadratic optimization (MIQP). Two different scenarios are considered in the simulation, whose results verify the height adjustment effectiveness of the proposed approach. Explicit solutions of the controller are computed to control the vehicle height adjustment system in realtime using an offline multi-parametric programming technology (MPT), thus convert the controller into an equivalent explicit piecewise affine form. Finally, bench experiments for vehicle height lifting, holding and lowering procedures are conducted, which demonstrate that the HMPC can adjust the vehicle height by controlling the on-off statuses of solenoid valves directly. This research proposes a new modeling and control method for vehicle height adjustment of ECAS, which leads to a closed-loop system with favorable dynamical properties.     

角输入模型下汽车运动稳定性分析

在建立的汽车开环系统和驾驶员 -汽车闭环系统角输入模型的基础上 ,研究了汽车的运动稳定性 ,定量地揭示和比较了汽车开环系统和驾驶员 -汽车闭环系统运动稳定性的内在规律性和相互关系。实例表明 ,利用系统的运动稳定性分析方法 ,可以指导汽车设计 ,从而改善汽车的操纵稳定性能     

Fuzzy Sliding Mode Control for the Vehicle Height and Leveling Adjustment System of an Electronic Air Suspension

The accurate control for the vehicle height and leveling adjustment system of an electronic air suspension(EAS) still is a challenging problem that has not been effectively solved in prior researches. This paper proposes a new adaptive controller to control the vehicle height and to adjust the roll and pitch angles of the vehicle body(leveling control) during the vehicle height adjustment procedures by an EAS system. A nonlinear mechanism model of the full?car vehicle height adjustment system is established to reflect the system dynamic behaviors and to derive the system optimal control law. To deal with the nonlinear characters in the vehicle height and leveling adjustment processes, the nonlinear system model is globally linearized through the state feedback method. On this basis, a fuzzy sliding mode controller(FSMC) is designed to improve the control accuracy of the vehicle height adjustment and to reduce the peak values of the roll and pitch angles of the vehicle body. To verify the effectiveness of the proposed control method more accurately, the full?car EAS system model programmed using AMESim is also given. Then, the co?simulation study of the FSMC performance can be conducted. Finally, actual vehicle tests are performed with a city bus, and the test results illustrate that the vehicle height adjustment performance is effectively guaranteed by the FSMC, and the peak values of the roll and pitch angles of the vehicle body during the vehicle height adjustment procedures are also reduced significantly. This research proposes an effective control methodology for the vehicle height and leveling adjustment system of an EAS, which provides a favorable control performance for the system.     

一种馈能型混合悬架的多模式协调控制

为了有效控制车辆悬架振动及回收振动能量,提出了一种基于滚珠丝杠式作动器和磁流变减振器的车辆馈能型混合悬架结构。建立了1/4车辆2自由度混合悬架动力学模型,分析了混合悬架的主动控制模式和具有电磁阻尼力反馈调节的半主动控制模式,设计了混合悬架多模式协调控制器,并利用MATLAB/Simulink软件对混合悬架多模式协调控制的动态性能、悬架系统的自供能进行了仿真分析,开展了混合悬架台架试验研究。仿真和试验结果表明：与被动悬架相比,随机路面谱输入条件下混合悬架的簧载质量加速度均方根减小了30%以上,混合悬架减振效果显著。     

盾构推进液压系统的开环与闭环仿真控制

对盾构推进系统的液压缸采用分区控制,以达到降低系统复杂程度、保证控制精度的目的。用液压仿真软件AMESim对推进液压系统进行仿真模拟分析,采用开环与闭环两种方式。仿真结果表明,压力流量闭环控制较开环控制可以有效减少压力和流量的波动,实时控制推进压力和推进速度,控制效果较好。     

Adaptive compensation control for attitude adjustment of quad-rotor unmanned aerial vehicle

A compensation control strategy based on adaptive back-stepping technique is presented to address the problem of attitude adjustment for a quad-rotor unmanned aerial vehicle (QR- UAV) with inertia parameter uncertainties, the limited airflow disturbance and the partial loss of rotation speed effectiveness. In the design process of control system, adaptive estimation technique is introduced into the closed loop system in order to compensate the lumped disturbance term. More specifically, the designed controller utilizes “prescribed performance bounds” method, and therefore guarantees the transient performance of tracking errors, even in the presence of the lumped disturbance. Adaptive compensation algorithms under the proposed closed loop system structure are derived in the sense of Lyapunov stability analysis such that the attitude tracking error converge to a small neighborhood of equilibrium point. Finally, the simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed controller.     

半履带气垫车气垫特性的试验与仿真研究

半履带气垫车是用于软湿路面运输的特种车辆,对其气垫系统的研究对提高此车辆的性能具有重要意义。在气垫系统设计过程中需要对风机转速、等效飞高、静压转换率等参数进行测量,为解决部分参数难以测量的问题,提出半履带气垫车气垫系统中各参数之间关系的求解方法。在自行设计的半履带气垫车原理样机上进行气垫力试验,得到气道特性曲线及气垫力和悬架弹簧的变形关系。通过相应的流体力学仿真,分析气垫系统中风机转速与等效飞高之间的关系及其对静压转换率的影响;通过进一步建立气垫系统的垂向刚度弹性模型,对等效飞高和气垫系统的垂向等效弹簧刚度等参数之间的关系进行分析。此结果为带气垫系统的车辆的设计提供了参考。     

汽车主动悬架与转向系统的模糊参数自调整集成控制

建立了汽车主动悬架与转向控制系统半车集成模型。应用模糊逻辑控制理论，提出一种带参数的自调整模糊方法，设计了汽车主动悬架与转向系统模糊参数自调整集成控制器，该控制系统当偏差变小或变大时，调整因子总能确保系统稳定，适合工程应用。通过对汽车主动悬架与转向控制系统试验仿真表明，实行模糊参数自调整集成控制后，汽车的整车平顺性、操纵稳定性和安全性等综合性能指标明显优于汽车主动悬架与转向系统LQG集成控制。