电动汽车悬架系统主动控制策略研究

发布时间：2018-03-21 07:02

本文选题：轮毂驱动电动汽车　切入点：主动悬架　出处：《沈阳工业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着能源短缺及环境污染,开发电动汽车是一个有效的解决途径,电动汽车的NVH问题也是研发过程中的重要一环。作为电动汽车的最终驱动方式,基于轮毂电机驱动的电动汽车受到了广泛的关注。由于悬架非簧载质量的增加及电机不平衡力的产生,严重地影响了悬架舒适性及接地性。开关磁阻电机(SRM)具有高启动转矩、宽调速范围以及高效率等优点,已经被广泛地应用到轮毂电机驱动的电动汽车当中。由于不平衡电磁力和路面干扰的联合作用,传统的被动悬架舒适性较差。单纯地靠提高制造精度和装配精度来减小不平衡电磁力具有较大的难度。考虑到主动悬架的优势,设计电动汽车的主动悬架具有一定的应用前景,能同时抑制不平衡电磁力和路面不平度的联合作用。在主动悬架控制当中,控制算法的设计至关重要。在轮毂电机驱动的电动汽车主动悬架控制的研究当中,需要将不平衡电磁力视为外部干扰。目前,相关的研究较为少见。本文以开关磁阻电机驱动的电动汽车悬架为控制对象,研究主动悬架的控制策略。主要内容如下:首先建立了基于SRM的四分之一车悬架模型,研究了不平衡电磁力及路面干扰对悬架性能的影响。在此基础上,进一步建立了半车主动悬架模型,将路面干扰及不平衡电磁力视为外部干扰,研究了含信息结构约束的主动悬架静态输出反馈控制问题。提出了一个新的基于变量替换的静态输出反馈设计方法,含稀疏约束的初始可行解可通过单步线性矩阵不等式(LMI)优化直接求解。为了避免求解的不可行性,借助了状态反馈信息。同时也提出一个优化方法来得到保守性小的结果。第3章处理了主动悬架系统的鲁棒非脆弱有限频域输出反馈控制问题。控制目标为在给定频段内抑制外部干扰并保证时域的硬约束条件。为了增强控制器的可靠性,考虑了控制器的非脆弱性。首先应用广义Kalman-Yakubovich-Popov(GKYP)引理建立了新的有限频域H∞控制定理,其次,提出一个非迭代算法直接求解静态输出反馈控制器。不同于现存的迭代法,非迭代算法是简易的且有效的。最后给出了设计实例。第4章将有限频域控制方法推广到含路面预瞄信息的电动车主动悬架控制当中。首先建立了含路面预瞄信息的电动车主动悬架增广系统。其次,设计了有限频域线性参数变化(LPV)控制器。最后,通过仿真及试验验证了所提方案的有效性。第5章研究了含时变输入时滞的主动悬架静态输出反馈控制问题。提出了基于双凸组合的区间时滞相关H∞控制设计方法,采用单步法直接求解问题的可行解,极大地简化了设计过程。最后,通过数值实例验证了所提方法的有效性。针对含匹配及不匹配不确定性的非线性主动悬架系统,提出了基于超螺旋算法的滑模跟踪控制策略。为了调节悬架性能,设计了一个基于负加速度反馈的轨迹函数。使用一个拓展的超螺旋干扰观测器可以实时地补偿系统的未知内部动态。控制器仅需要加速度和悬架行程反馈,在实际中容易实现。仿真和试验结果验证了所提控制的鲁棒性。最后,对全文进行总结及展望。
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【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U469.72;TP273

【参考文献】