考虑俯仰运动的汽车半主动悬架预测控制方法研究

发布时间：2020-08-11 12:50

【摘要】：磁流变半主动悬架是具有应用前景的汽车悬架,是智能汽车发展中不可缺少的一部分。传统汽车主要通过驾驶员对车辆进行操控和调整,保证车辆行驶时的安全性和舒适性。而智能汽车可以实现无人驾驶,需要通过车辆自身的控制器进行调控,除了要考虑车辆的安全行驶外,还要考虑如何保证乘客的舒适性。随着中国高速公路里程数的日益增加,车辆在高速公路上行驶时保证乘客舒适性的控制方法越来越有研究价值。本文针对一类高速公路上具有俯仰运动的起伏路面行驶工况,考虑磁流变半主动悬架的复杂非线性特性,研究汽车半主动悬架模型预测控制方法。文章首先考虑到起伏路面一般左右对称,对车辆左右车轮的激励基本相同,建立了可表征车辆俯仰运动和垂向运动的磁流变半主动悬架半车模型,同时使用双曲正切模型来描述半主动悬架的磁流变阻尼器的非线性特性,并结合仿真验证了模型的准确性。然后基于本文所建立的磁流变半主动悬架半车模型,以抑制车辆的俯仰角和垂向加速度为目的,给出了模型预测控制的数学描述,分析了面临的非线性优化计算问题。由于非线性模型预测控制问题的求解比较复杂,将模型中的非线性项转化为非线性约束,因此原非线性系统的控制问题就转化为一种带有非线性约束的线性系统的控制问题。利用一种连续/广义最小残差法(C/G)对新的控制问题进行优化求解,给出了一种可以处理磁流变阻尼器非线性的半主动悬架预测控制计算方法,并在MATLAB的Simulink仿真环境以及高精度车辆动力学仿真软件veDYNA环境中对控制器的有效性进行了仿真。结果表明本文设计的非线性半主动悬架MPC控制器可以有效抑制车辆的俯仰角和垂向加速度。在仿真验证的基础上,通过硬件在环实验验证了控制方法在嵌入式系统中应用的可行性。最后为了进一步减少计算时间,提高控制算法的实时性,将本文设计的预测控制方法分解到前后悬架,构成分布式预测控制器,从原理上减少了迭代方程的个数,大大降低了运算时间。通过仿真验证了分布式半主动悬架MPC控制器的有效性,仿真结果表明本文提出的分布式半主动悬架控制器可以有效的抑制车辆俯仰运动和垂向运动。
【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】：2019
【分类号】：U463.33;TP273
【图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文架相比于主动悬架的能耗更低，结构更简单，并且相比与主动悬架的控制效半主动悬架也能达到比较理想的控制结果[29]。因此，半主动悬架已成为大部车制造企业比较常用的智能悬架结构。尽管半主动悬架存在上述优点，但是缺点也给研究者们带来了许多难以解决的问题。最大的问题是由于半主动悬在非常强的非线性特性以及回滞特性，给后续的控制器设计带来了极大的困挑战[30]。也正因如此，目前半主动悬架控制主要基于比较简单的 1/4 悬架模型研究，而 1/4 悬架模型的研究工作只能研究悬架的垂向振动，无法从车辆的高究车辆的俯仰运动，存在一定的局限性，但是对于起伏路面工况，对俯仰运研究是十分必要的。

-18veDYNA 复杂起伏路面仿真6 芯片测量非线性 C/G 算法基于 ARM Cortex-R4F 处理接口，集成了 ARM Corte具有 FlexRay、CAN 等多。18 1912 13 14 -0.1-0.08-0.06-0.04-0.02vedyna后轮动

法控制周期的测量，选取 TMS570 具有输出功能的 IO脚，使用示波器测量这个引脚的电平，当上述算法运行翻转，从而可测量出算法运行时间，测试流程如图开始MPC控制器MCU引脚翻转控制结束图 3-20 算法周期测量示意图例：当最大迭代次数 kmax=5，预测步数 NN=10，迭代器输出的图像如图 3-21 所示。波长的记录周期 t是 2周期为 10.4ms。 t

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本文编号：2789087