半主动悬架与电动助力转向系统自适应模糊集成控制及其优化设计

【摘要】： 转向系统与悬架系统是汽车底盘系统中影响车身姿态的两大关键系统,是保证车辆行驶平顺性、操纵稳定性和安全性的重要组成部件。有关改进悬架结构及控制以提高悬架动态性能,采用动力转向及控制技术提高转向时操纵轻便性和稳定性的研究是车辆工程技术领域的热点课题之一。直至目前,主动/半主动悬架和电动助力转向(EPS)及其控制系统的研究已分别取得了许多成果,但由于悬架系统与转向系统之间具有一定的耦合作用,简单的叠加控制并不能获得最优的综合性能,要获得更优的整车综合性能必须依赖于两个系统的集成控制。本文对半主动悬架系统的关键部件——减振器、半主动悬架与EPS及其集成控制系统进行了较深入的研究。 首先,建立了基于转向状态下的半车模型,并建立了包括EPS模型、半主动悬架模型、轮胎模型和路面模型在内的整车多自由度动力学集成模型,分析了半主动悬架系统和EPS系统对车身姿态的影响。 第二,将模糊控制应用于半主动悬架和EPS集成控制系统,针对传统的模糊控制规则不可调的特点,引入了一个可调因子,提出了一种带可调因子的自适应模糊控制方法,为设计出具有较好鲁棒稳定性的半主动悬架与EPS集成控制系统提供了理论基础。 第三,采用调节节流口开度来改变减振器阻尼的设计思路,设计半主动悬架系统关键部件——可调阻尼减振器,在微型轿车被动减振器的基础上,研制出一种通过步进电机驱动的可调阻尼减振器,并通过台架试验得到步进电机转角和可调阻尼力之间的关系,为集成控制系统尤其是阻尼控制规律设计提供了依据。 第四,提出了半主动悬架与EPS自适应模糊集成控制系统设计的新思路,创新设计了半主动悬架系统和EPS系统白适应模糊集成控制策略,开发了基于LPC2131微控制器的半主动悬架与EPS集成控制器硬件,为半主动悬架与EPS集成控制系统的应用研究奠定了基础。 第五,在大量仿真计算的基础上,率先进行了半主动悬架与EPS集成控制系统实车道路试验,包括平顺性随机输入试验、蛇行试验、转向盘转角阶跃输入试验等,并将试验结果与仿真计算结果进行对比。 最后,应用改进遗传算法对半主动悬架与EPS整车动力学集成控制系统进行多目标优化,使结构参数和控制参数同时达到更优,为集成控制系统的多目标优化应用提供了依据。 研究结果表明,仿真计算和试验基本吻合。经过自适应模糊集成控制后的系统与被动系统相比,质心加速度和横摆角速度等都有较大幅度下降,其中质心加速度的峰值平均下降7.8%～10%,标准差平均下降8.3%～23.4%;横摆角速度的峰值下降14.7%,标准差下降12.7%;操纵转矩的峰值下降55.6%,标准差下降53.8%;在人体敏感的频率区域内,质心加速度功率谱密度也有很明显的降低;而且,集成控制比半主动悬架与EPS独立控制具有更好的整车综合性能。自适应模糊集成控制系统较好地协调了车辆转弯时行驶平顺性和操纵稳定性之间的矛盾,使整车在各种行驶工况下均可保证行驶平顺性和操纵稳定性之间的良好匹配,整车的动力学性能得到了有效地改善。