汽车主动悬架系统的俯仰与侧倾控制方法研究

发布时间：2017-09-27 20:20

  本文关键词：汽车主动悬架系统的俯仰与侧倾控制方法研究

  更多相关文章： 主动悬架 俯仰 侧倾 分布式模型预测控制 主动悬架启动与退出控制 主动悬架硬件控制器

【摘要】：车辆行驶在不平路面上时,车身的俯仰与侧倾运动会给驾乘人员带来不适感,影响车辆的乘坐舒适性。为此,本文以主动悬架作为执行机构,设计了抑制车身俯仰与侧倾运动的主动悬架控制算法,同时从节能减排的角度考虑,给出了降低主动悬架能耗的启动与退出控制策略。最后,本文设计了主动悬架的硬件控制器。本文首先建立了反映俯仰与侧倾运动的7自由度车辆模型,进一步,在考虑主动悬架执行器的输出约束特征以及悬架系统分散式结构特征的基础上,本文给出了一种能有效抑制车辆俯仰与侧倾运动的主动悬架分布式模型预测控制(Distributed Model Predict Control,DMPC)方法。该方法将高维车辆系统拆分为4个低维的悬架控制子系统,针对每个子系统设计单独的模型预测控制器(MPC),以实现降低整个系统控制器设计的难度以及提高实时性为目的。仿真结果表明,本文给出的方法可有效抑制由不平路面引起的车身的俯仰与侧倾运动,提高车辆乘坐舒适性。本文进一步考虑到车辆中部分状态量不可测和主动悬架能耗较高的特性,设计车辆主动悬架的Kalman状态估计器和启动与退出控制策略。Kalman状态估计器对车辆行驶时的状态进行估计,而主动悬架启动与退出控制策略根据车辆行驶时车身侧倾角与俯仰角对车辆乘坐舒适性的影响,决定主动悬架的启动或退出,避免主动悬架在非必要时的动作,降低系统能耗。最后,从本文设计的主动悬架控制算法和控制策略在实际系统中应用的角度考虑,本文设计主动悬架的硬件控制器。主动悬架硬件控制器设计包括硬件电路设计和软件系统设计。在设计过程中,本文采用模块化设计思想,根据功能需求将硬件与软件分成不同功能模块,独立设计。为了验证所设计的主动悬架控制器中各个功能模块的有效性,本文最后进行了基于AMESim仿真软件和NI设备的硬件功能测试实验。实验结果表明,主动悬架硬件控制器中的各个模块的功能与设计期望相符。
【关键词】：主动悬架 俯仰 侧倾 分布式模型预测控制 主动悬架启动与退出控制 主动悬架硬件控制器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的研究背景以及研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 主动悬架控制研究现状9-12
• 1.2.2 车辆侧倾与俯仰控制研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 抑制主动悬架俯仰与侧倾运动的DMPC方法16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 七自由度车辆模型建模16-20
• 2.3 主动悬架系统DMPC控制器设计20-25
• 2.3.1 车辆模型分解20-23
• 2.3.2 DMPC控制器设计23-25
• 2.4 主动悬架系统的DMPC控制器仿真验证25-31
• 2.4.1 坑包路面仿真验证25-27
• 2.4.2 等级路面仿真验证27-29
• 2.4.3 veDYNA车辆模型下仿真验证29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 主动悬架控制策略研究32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 主动悬架状态估计器设计32-35
• 3.3 主动悬架启动与退出控制策略35-43
• 3.3.1 车辆行驶状态定义36-38
• 3.3.2 车辆行驶状态识别38-43
• 3.4 主动悬架启动与退出控制策略仿真43-50
• 3.4.1 车辆非平稳状态A识别与悬架启动与退出控制仿真44-47
• 3.4.2 车辆非平稳状态B识别仿真47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 主动悬架硬件控制器设计51-68
• 4.1 引言51
• 4.2 主动悬架控制器硬件电路设计51-60
• 4.2.1 主动悬架控制器硬件功能需求分析51-52
• 4.2.2 微控制器模块设计52-53
• 4.2.3 CAN通信模块设计53
• 4.2.4 驱动模块设计53-55
• 4.2.5 电源模块设计55-57
• 4.2.6 信号处理模块设计57-58
• 4.2.7 悬架控制器PCB设计与设计结果58-60
• 4.3 悬架控制器软件设计60-62
• 4.4 多控制器通信实验62-63
• 4.5 主动悬架控制器硬件功能测试实验63-67
• 4.5.1 主动悬架控制器硬件功能测试平台63-65
• 4.5.2 主动悬架控制器硬件功能测试实验65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 攻读学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

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本文编号：931717