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汽车底盘集成系统解耦控制方法及关键子系统时滞控制研究

朱茂飞  
【摘要】:电子技术和控制技术在汽车底盘上的广泛应用,极大地改善了汽车的行驶平顺性、主动安全性和操纵稳定性,如何将诸多的控制系统有机结合形成底盘一体化集成控制系统是当前汽车动力学主动控制领域内的一个研究热点。在综述汽车底盘集成控制的研究现状及其存在的问题基础上,从汽车底盘系统耦合机理和轮胎力特性出发,本文对汽车非线性耦合动力学建模、汽车底盘集成系统的解耦控制方法和底盘关键子系统的时滞控制进行了理论分析与试验研究,具体研究内容包括以下几个方面: (1)系统分析了汽车底盘系统间的耦合机理,从非线性轮胎力特性角度出发,采用Newton-Euler方法建立了整车非线性耦合动力学模型,把制动、转向和悬架等子系统间的耦合关系体现在具体的数学模型中,并在Matlab/Simulink中建立了整车模型进行仿真研究。 (2)建立了包含电子稳定程序(ESP)和主动悬架(ASS)子系统的集成控制系统数学模型,应用非线性解耦控制理论设计了集成系统的输入输出解耦控制器和干扰解耦控制器。在集成系统解耦基础上,设计了ESP和ASS系统的闭环控制器,并与解耦控制器一起构成复合控制器以综合改善整车的行驶平顺性和操纵稳定性。多种工况下,通过Matlab/Simulink仿真和LabVIEW硬件在环试验对非线性解耦控制效果进行了研究。 (3)针对非线性解耦控制方法过度依赖被控对象数学模型的缺陷,提出了一种基于神经网络逆系统方法的汽车底盘集成系统解耦控制策略,以包含主动前轮转向(AFS)、直接横摆力矩控制(DYC)和ASS的汽车底盘集成系统进行解耦控制研究。在单移线工况和阶跃转向工况下,通过Matlab/Simulink对解耦控制效果进行了仿真研究。 (4)分析了汽车底盘集成控制系统以及关键子系统中时滞产生的原因,分别就信号检测通道时滞、被控对象扰动通道时滞和控制通道输入时滞对控制系统输出信号实时性和闭环控制系统稳定性的影响进行了理论研究。 (5)以汽车底盘关键子系统——磁流变半主动悬架系统为研究对象,建立了含控制通道输入时滞的磁流变半主动悬架模型,从系统的时滞微分方程出发,提出了一种具有较小保守性的时滞变结构控制策略,利用线性矩阵不等式(LMI)方法研究了磁流变半主动悬架系统的时滞稳定判别方法以及系统临界时滞的计算方法。在凸块脉冲输入工况和随机路面输入工况下,通过Matlab/Simulink对控制策略的有效性进行了仿真分析。 (6)为综合改善汽车磁流变半主动悬架系统的性能,通过定义磁流变半主动悬架系统的优化目标和约束目标,提出了一种时滞依赖H2/H∞控制策略,利用LMI方法推导出磁流变半主动悬架闭环控制系统渐近稳定和控制器存在的充分条件。在随机路面输入工况下,通过Matlab/Simulink仿真和台架试验对普通H2/H∞控制和时滞依赖H2/H∞控制进行了对比研究。 (7)总结了全文的研究工作与研究成果,对下一步的研究提出了一些建议。


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