三桥车辆主动悬架NAGA-KFLQG控制研究

发布时间：2020-05-15 15:55

【摘要】：我国是一个国土面积很大的国家,不同地区基础设施的发展较不均衡。重大自然灾害大多发生在偏远地区。在一些山区、路况比较恶劣的地区,应急救援车辆的平顺性受到极大挑战,尤其是某些情况下救援车辆需要在行进中作业,这对车辆平顺性有着较高的要求,传统的悬架系统难以达到这个目标。采用主动悬架的汽车在不平路面行驶时,有利于对车身位姿进行控制。应急救援车辆大多采用多轴车辆,由于整车重量大、车身长、轮胎动载荷较大,所以车辆乘坐舒适性一般较差。目前对多轴车辆乘坐舒适性的研究大多集中在被动悬架,对多轴车辆主动悬架的研究较少。多轴应急救援车辆行驶在灾区较差的路面时,车辆舒适性较差。当多轴应急救援车辆在行进中作业时,对平顺性有较高的要求。研究多轴应急救援车辆的主动悬架技术对解决上述问题具有重要意义。本文结合国家重点研发计划课题“高机动应急救援车辆(含消防车辆)专用底盘及悬挂关键技术研究”(项目编号2016YFC0802902),设计三桥车辆主动悬架的控制器,以提高应急救援车辆的平顺性。本文的研究内容主要包括:第一,建立简化的数学模型。建立基于平顺性的九自由度被动悬架模型,并利用Trucksim软件建立三桥车辆动力学模型对其进行验证。结果表明所建九自由度数学模型能够较好地反映车辆的平顺性。基于此,建立基于平顺性的九自由度主动悬架模型,并结合所建数学模型与现代控制理论推导了模型的状态方程。考虑后文仿真需要,建立路面模型,介绍了悬架性能的评价指标。第二,设计应急救援三桥车辆主动悬架控制器。基于最优控制理论设计主动悬架控制器。为实现全状态反馈,引入卡尔曼滤波实现车辆状态估计,设计基于卡尔曼滤波的主动悬架最优控制器。第三,应用小生境自适应遗传算法优化主动悬架控制器。为解决主动悬架最优控制器中加权参数难以确定的问题,应用小生境自适应遗传算法对加权参数进行优化,提高控制器的性能。第四,主动悬架系统联合仿真。建立整车主动悬架系统的Trucksim-Simulink联合仿真模型,对被动悬架、经验式KFLQG主动悬架和NAGA-KFLQG主动悬架在不同工况下进行仿真,并对三种悬架的输出性能进行对比分析。结果表明NAGA-KFLQG主动悬架系统输出性能最优。第五,主动悬架dsPACE实时仿真。应用MATLAB/dsPACE进行实时仿真测试,对主动悬架的控制算法进行验证。以随机路面输入为例,对经验式KFLQG主动悬架和NAGA-KFLQG主动悬架系统进行实时仿真,并与被动悬架进行对比。经分析得到,本文设计的NAGA-KFLQG主动悬架具有良好的输出性能,可以有效改善车辆的平顺性。
【图文】：

悬架结构

那么车辆在起伏路上行驶时，有利于对车身位姿进行控制，轮胎的动载荷。因此研究应急救援车辆的主动悬架技术具有重要的意义。本课题来源于国家重点研发计划课题“高机动应急救援车辆（含消防车辆用底盘及悬挂关键技术研究”（项目编号 2016YFC0802902），主要针对车动悬架的控制算法展开研究。本文针对三桥重型车辆建立悬架系统的整车动模型，使用 KFLQG 控制方法对悬架系统进行控制，并用 NAGA 算法对控略进行优化。最后以随机路面为例，应用 dsPACE 硬件在环实时仿真测试对算法进行验证。.2 车辆悬架系统概述.2.1 悬架的组成典型的悬架系统由弹性元件、导向机构以及减震器等构成[7]，个别的结构有缓冲块、横向稳定杆等[8]。其结构示意图如 1.1 所示。

结构图,悬架结构,非独立

；缺点是车辆振动稍强。例如林肯城市这一类弹性适性好；缺点是在车辆拐弯、制动工况时侧倾和俯差。弹性元件使用弹性较高的材料制成，主要有钢，空气弹簧和橡胶弹簧等[10]。的作用是传递力和力矩，，同时兼起导向作用[11]。在车轮的运动轨迹。系统的分类车导向机构不同可分为独立悬架、非独立悬架[12]。的车桥将两端的车轮连接在一起，车架（或者车身系统进行连接。非独立悬架结构简单、成本低、强度前轮定位变化较小。但其舒适性及操纵稳定性都较结构图。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.33

【参考文献】