汽车电控半主动空气悬架控制方法研究

发布时间：2020-11-08 09:07

　　 舒适性与操纵性一直是衡量汽车品质的两大核心标准,如何实现两者性能的兼顾始终困扰着汽车设计者。空气悬架系统的设计可以实现对悬架阻尼及车身高度的联合控制,不仅解决车体振动、悬架动挠度等乘坐舒适性问题,还能提高行车安全性和操纵稳定性。近年来,电控空气悬架技术在汽车悬架系统的设计中具有广阔的应用前景,研究安全有效的智能控制方法对推动空气悬架系统的应用具有重要意义。本文在对电控空气悬架系统的半主动控制方法进行研究时,主要将悬架阻尼控制器和车身高度控制器的设计作为主要任务。在阻尼控制器设计过程中,首先建立空气悬架系统及半主动阻尼悬架系统的动力学模型,求解悬架系统车身运动误差方程并采用滑模变结构系统控制方法设计阻尼控制器,针对普通滑模变结构控制在切换控制部分产生的控制信号抖振问题,采用RBF(Radial basis function)神经网络取代其切换控制部分实现悬架阻尼的连续稳定控制。在车身高度控制器设计过程中,考虑到空气弹簧充放气系统存在时滞、过充、过放以及振荡等不良现象,对此提出双闭环控制策略。外环采用滑模变结构控制方法追踪车高误差计算充放气系统需求控制量;内环采用神经网络PID算法对高度执行系统的控制信号进行精度调整。为避免阻尼及车高调节中控制参量的耦合对系统建模和控制策略的影响,利用Stateflow建模方法对两种功能模式的切换控制进行图形化建模,通过设定符合各类工况模式下的逻辑切换规则,以实现两控制器的协调稳定工作。最后在Matlab/Simulink中建立了悬架阻尼及车身高度调节的控制系统模型并进行仿真实验,利用Stateflow控制模型对设定的功能模式切换系统进行状态转移仿真实验。由仿真结果可知,在阻尼控制中悬架系统各性能指标在时、频域分析中均得到有效改善,在车高调节中保证控制系统可靠性的同时提高了控制精度,状态流切换控制系统实现了各功能模式间的协调稳定切换,有效解决各控制部分间状态参量的耦合问题,验证了所设计的控制方法可充分发挥空气悬架系统的作用并有效提升车辆的综合性能。
【学位单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.33
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 空气悬架系统应用概述
    1.3 空气悬架系统国内外发展现状
        1.3.1 空气悬架系统国外发展现状
        1.3.2 空气悬架系统国内发展现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 电控空气悬架系统及其控制结构
    2.1 电控空气悬架系统
        2.1.1 电控空气悬架可控性分析
        2.1.2 电控空气悬架系统主要功能元件
    2.2 电控半主动空气悬架系统
        2.2.1 电控半主动空气悬架系统结构
        2.2.3 电控半主动空气悬架系统功能分析
    2.3 电控半主动空气悬架系统控制结构
    2.4 本章小结
第3章 电控半主动空气悬架系统模型及路面激励建模
    3.1 空气弹簧特性建模
        3.1.1 空气弹簧非线性机理分析
        3.1.2 空气弹簧特性仿真模型
    3.2 电控半主动空气悬架系统动力学模型
        3.2.1 电控半主动空气悬架系统整车动力学模型
        3.2.2 电控半主动空气悬架系统1/4车体动力学模型
        3.2.3 电控半主动空气悬架系统参考模型
        3.2.4 悬架系统的性能评价法
    3.3 路面激励函数建模
        3.3.1 路面不平度功率谱函数
        3.3.2 路面激励函数模型仿真
        3.3.3 路面激励下单轮悬架特性仿真
    3.4 本章小结
第4章 基于神经网络优化的空气悬架阻尼滑模控制
    4.1 滑模变结构控制基本理论
        4.1.1 滑模变结构控制的定义
        4.1.2 滑动模态定义及数学表达
        4.1.3 滑模变结构控制的抖振问题
        4.1.4 滑模控制器设计方法
    4.2 滑模变结构控制器设计
    4.3 基于RBF神经网络等效滑模控制
    4.4 控制系统仿真与分析
    4.5 本章小结
第5章 基于双闭环控制结构的空气悬架车高控制
    5.1 空气悬架的车高控制系统设计
        5.1.1 空气悬架车高控制过程
        5.1.2 空气悬架车高控制的单体模型
        5.1.3 空气悬架车高控制系统建模
    5.2 空气悬架车高调节的双闭环控制
        5.2.1 滑模变结构控制
        5.2.2 RBF神经网络自整定的PID控制
    5.3 系统仿真与分析
    5.4 本章小结
第6章 基于Stateflow建模的悬架系统模式切换控制
    6.1 Stateflow功能简介
    6.2 Stateflow切换控制系统建模
        6.2.1 系统工作模式分析
        6.2.2 系统切换规则
        6.2.3 控制系统建模
        6.2.4 系统仿真
    6.3 本章小结
第7章 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 汪若尘;施德华;陈兵;;半主动空气悬架建模与神经元自适应控制[J];兰州理工大学学报;2013年04期

2 田伟刚;;汽车空气悬架技术特征[J];时代汽车;2018年03期

3 鲁建华;;宝马7系车左后空气悬架下塌[J];汽车维护与修理;2018年03期

4 江洪;刁怀伟;王鹏程;;横向互联空气悬架客车的平顺性和操稳性研究[J];广西大学学报(自然科学版);2017年03期

5 唐波;;从2016北京车展看我国重卡空气悬架发展[J];商用汽车;2016年06期

6 王猛;;2011款路虎揽胜车空气悬架不工作[J];汽车维护与修理;2014年10期

7 李仲兴;崔振;徐兴;邱亚东;;互联式空气悬架动态特性试验研究[J];科学技术与工程;2014年14期

8 黄启科;麻友良;王保华;;汽车电控空气悬架发展与研究现状综述[J];湖北汽车工业学院学报;2013年02期

9 杨健康;;用于煤矿防爆车辆混合式空气悬架的设计[J];煤矿机械;2012年07期

10 朱华;;电控空气悬架系统综述[J];汽车工程师;2010年12期

相关博士学位论文 前7条

1 汪少华;半主动空气悬架混杂系统的多模式切换控制研究[D];江苏大学;2013年

2 姜立标;载货汽车电控空气悬架的匹配设计与控制研究[D];吉林大学;2007年

3 陈双;基于电控空气悬架的轿车平顺性和操纵稳定性协调控制研究[D];吉林大学;2012年

4 崔晓利;车辆电子控制空气悬架理论与关键技术研究[D];中南大学;2011年

5 马然;刚度和阻尼可调式半主动空气悬架及控制系统研究[D];南京农业大学;2012年

6 鲍卫宁;汽车空气悬架及其控制系统动力学仿真分析研究[D];华中科技大学;2011年

7 王家胜;带附加气室空气弹簧动力学特性研究[D];南京农业大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 李彦阳;汽车电控半主动空气悬架控制方法研究[D];长春工业大学;2018年

2 郭剑;行驶路况辨识与半主动空气悬架控制方法研究[D];山东理工大学;2012年

3 高从行;带附加气室空气悬架的动态特性及控制[D];石家庄铁道大学;2017年

4 孙世磊;电控空气悬架及其控制策略研究[D];东北林业大学;2015年

5 刁怀伟;横向互联空气悬架客车平顺性与操稳性研究[D];江苏大学;2017年

6 周扬扬;横向互联空气悬架动态车高调节及追逐式姿态控制研究[D];江苏大学;2017年

7 刘彦峰;半主动空气悬架重型车辆行驶稳定性控制研究[D];贵州大学;2016年

8 钱宽;互联空气悬架动态特性及对整车振动性能影响分析[D];江苏大学;2016年

9 盖文辉;大客车双纵臂式四气囊空气悬架的结构分析与试验研究[D];长安大学;2008年

10 鲍健铭;电控空气悬架控制策略及试验台开发[D];武汉科技大学;2012年

本文编号：2874570