某轿车车身姿态半主动悬架最优控制研究

发布时间：2017-10-03 06:22

  本文关键词：某轿车车身姿态半主动悬架最优控制研究

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【摘要】：悬架是影响汽车乘坐舒适性的重要部件,传统的被动悬架乘坐舒适性有限,且很难再有提升空间,而主动悬架功耗大、体积大、成本高,使其很难在轿车上普及,故近年来半主动悬架越来越受到车企的重视。本文以控制车身垂直、俯仰、侧倾三个方向上的姿态为目的,采用最优控制理论去研究实用有效的半主动悬架控制方法。具体研究内容如下:(1)查阅相关文献,对电控悬架用于车身姿态的控制、半主动悬架中阻尼可调减振器以及半主动悬架的控制方法进行了综述。(2)搭建1/4车辆模型和路面模型,并建立基于1/4车辆模型的半主动悬架线性二次型最优控制(LQR)模型进行仿真,分析最优控制中权重系数对车身质心垂直加速度、悬架动挠度和车轮动载荷三个指标的影响。(3)研究基于七自由度整车模型的LQR控制对车身姿态的控制,选取车身垂直加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度为控制目标计算性能指标。最优控制运用于实际需要知道车辆的全状态,如果这些状态中包含绝对位移或者绝对角度等难以精确测量的量就难以使用LQR控制。本文对被控模型的状态方程进行一阶求导,变形后的状态方程仍然符合最优控制的标准形式,新的状态方程再使用LQR控制能够避免使用绝对位移和绝对角度,同时使控制量变为控制增量。通过仿真分析出增量式的LQR控制具有良好的控制效果。最后,提出根据悬架变形量来自适应调整增量式LQR控制中的权重系数的控制方法。(4)利用能够提供精确整车模型的Car Sim软件,针对不同工况对改进的LQR控制作进一步验证。采用某实车的参数去设置整车模型。对实际的用于该车的磁流变减振器进行台架试验,根据试验数据搭建磁流变减振器的查表模型用于仿真,并搭建旋转拉伸曲面拟合的磁流变减振器的逆模型用于控制,逆模型根据理想阻尼力和减振器压缩速率计算磁流变减振器的控制电流。通过对比被动悬架和装有磁流变减振器的半主动悬架的仿真曲线,分析增量式LQR控制与自适应增量式LQR控制的控制效果。(5)为了分析自适应增量式LQR控制的实用性搭建控制器硬件在环试验台。硬件在环试验台主要包含上位机、d SPACE硬件板卡、集成了驱动器的控制器、电流采集模块以及作为电路负载的磁流变减振器。首先,基于飞思卡尔单片机设计一款车身姿态控制器。然后,采用Buck电路和PID控制设计了一款带电流反馈的磁流变减振器的驱动器,并通过试验分析驱动器的响应。最后,通过Car Sim RT软件设置不同工况去实时仿真验证控制方法的实用性。
【关键词】：车辆工程 半主动悬架 车身姿态 最优控制 仿真 硬件在环试验
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-26
• 1.2.1 车身姿态电控悬架研究现状16-18
• 1.2.2 阻尼可调减振器研究现状18-21
• 1.2.3 半主动悬架控制方法研究现状21-26
• 1.3 本文研究的内容26-27
• 第2章 1/4 车辆模型半主动悬架最优控制仿真分析27-53
• 2.1 线性二次型最优控制理论介绍27-29
• 2.2 1/4 车辆模型半主动悬架LQR最优控制29-33
• 2.2.1 1/4 车辆模型29-31
• 2.2.2 1/4 车辆模型LQR最优控制31-33
• 2.3 1/4 车辆模型半主动悬架LQR最优控制仿真分析33-51
• 2.3.1 被动悬架阻尼系数对平顺性影响分析33-38
• 2.3.2 1/4 车辆模型半主动悬架LQR最优控制38-51
• 2.3.2.1 1/4 车辆LQR最优控制仿真模型38-45
• 2.3.2.2 1/4 车辆LQR最优控制仿真分析45-51
• 2.4 本章小结51-53
• 第3章 车身姿态半主动悬架的改进LQR最优控制方法53-65
• 3.1 车身姿态半主动悬架增量式LQR控制方法53-61
• 3.1.1 七自由度模型的状态方程53-57
• 3.1.2 车身姿态半主动悬架增量式LQR控制方法57-58
• 3.1.3 车身姿态半主动悬架增量式LQR控制权重系数选取58-61
• 3.2 车身姿态半主动悬架自适应增量式LQR控制方法61-64
• 3.3 本章小结64-65
• 第4章 车身姿态半主动悬架改进LQR控制仿真65-83
• 4.1 车身姿态半主动悬架改进LQR控制仿真平台65-72
• 4.2 典型工况车身姿态半主动悬架改进LQR控制仿真分析72-81
• 4.2.1 不同工况下改进LQR控制仿真分析73-81
• 4.2.1.1 随机不平工况仿真分析73-77
• 4.2.1.2 减速带工况仿真分析77-79
• 4.2.1.3 紧急制动工况仿真分析79-80
• 4.2.1.4 鱼钩工况仿真分析80-81
• 4.3 本章小结81-83
• 第5章 车身姿态半主动悬架改进LQR控制硬件在环试验83-103
• 5.1 车身姿态半主动悬架控制硬件在环试验台83-85
• 5.2 车身姿态半主动悬架电控系统软硬件设计85-97
• 5.2.1 车身姿态半主动悬架控制系统硬件设计85-95
• 5.2.1.1 车身姿态半主动悬架控制传感器方案设计85-87
• 5.2.1.2 车身姿态半主动悬架电控控制器设计87-95
• 5.2.2 车身姿态半主动悬架电控单元软件设计95-97
• 5.3 车身姿态半主动悬架控制硬件在环试验分析97-101
• 5.3.1 随机不平工况硬件在环试验分析97-99
• 5.3.2 减速带工况硬件在环试验分析99
• 5.3.3 紧急制动工况硬件在环试验分析99-100
• 5.3.4 鱼钩工况硬件在环试验分析100-101
• 5.4 本章小结101-103
• 第6章 总结与展望103-105
• 6.1 全文总结103-104
• 6.2 前景展望104-105
• 参考文献105-111
• 致谢111

【参考文献】

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本文编号：963625