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某轿车车身姿态半主动悬架最优控制研究

周瑜  
【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。


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