基于联合仿真的车辆底盘集成控制研究

发布时间：2020-06-17 23:47

【摘要】：主动悬架和直接横摆力矩系统可以有效地提高车辆的平顺性和操稳性。本文首先根据这两个系统的结构特点,建立了主动悬架七自由度仿真模型、四轮路面输入模型、轮胎模型和直流无刷电机模型等。考虑到主动悬架系统设计为多目标控制问题,需要对不同目标进行协调从而使整体性能达到最优,设计了主动悬架综合指标LQR控制器。由于在不同工况下主动悬架的功能需求是不同的,因此,设计了侧重不同功能的LQR控制器。为了降低人工选取LQR控制器性能指标函数中加权系数的难度,通过结合遗传算法和模拟退火算法的优点,提出了模拟退火遗传算法对LQR控制器中性能指标函数加权系数组合进行优化。考虑到横摆角速度和质心侧偏角这两个变量均会对车辆稳定性产生影响,本文结合模糊控制和滑模变结构控制的优点提出了模糊滑模控制,分别以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标设计了模糊滑模控制器。设计了分层协调式集成控制器,下层控制器由主动悬架和直接横摆力矩控制器组成,上层控制器是基于功能分配的思想通过模糊控制对下层控制器的输出进行协调。最后,选取匀速直线行驶工况、制动工况、正弦停滞转向工况、双移线工况和阶跃转向工况共五种工况进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的控制策略能有效的改善车辆的平顺性和操稳性。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.1
【图文】：

系统模型图,七自由度,主动悬架,系统模型

图 2.1 七自由度主动悬架系统模型Fig 2.1 Seven degrees of freedom active suspension system model对图 2.1 中所示的 ASS 系统模型进行分析，根据牛顿运动定理，可以的运动微分方程如下：车轮处垂向运动的微分方程为：mzk（ z-z）k（z-z）c（z-z）-wiwitigiwisibiwisibiwii f车身质心处垂向运动的微分方程为：()()()()mZ()()()()1234333333444444bb111111222222ffffczzkzzczzkzzczzkzzczzkzzswbswbswbswbswbswbswbswb 车身俯仰运动的微分方程为：][()()()[()()()()11111122234p333333444444ffbczzkzzczzIczzkzzczzkzzswbswbswbswbswbswbswb

曲线,路面纵断面,曲线,路面

式中：wim （i=1,2,3,4）分别代表四个车轮处（前左、前右、后左、后右，下同）的非簧载质量，bm 为簧载质量，sik 为悬架弹簧刚度，sic 为悬架阻尼系数，tik 为轮胎等效刚度，bz 为车辆质心处的垂向位移，biz 为车身与悬架连接处垂向位移，wiz 为轮胎垂向位移，giz 为路面垂向位移，if 为主动悬架控制力，d 为轮距，为车身俯仰角，为车身侧倾角，pI 为车身系统俯仰转动惯量，rI 为车身系统侧倾转动惯量，a 为质心距前轴距离，b为质心距后轴距离。2.3 路面模型一般路面模型可以分为：路面输入频域模型和路面输入时域模型。但是路面输入频域模型只能在进行线性系统的频域分析时作为系统输入，而本文是将路面输入作为车轮激励进行时域中的动力学仿真分析。因此，本文采用由滤波白噪声生成的路面时域模型作为车轮的路面输入[30-31]。为了能够对路面输入进行描述，通常以一个预先设定的水平面作为基准，以道路走向作为横轴正方向，路面的高度是围绕基准水平面上下波动的，所形成的曲线称为路面不平度函数 q(I)，如图 2.2 所示。

【参考文献】