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汽车底盘关键子系统及其综合控制策略研究

卢少波  
【摘要】:为了满足乘坐舒适、操纵方便、安全可靠和人类不断实现完美的追求,汽车产品己经由初期的完全机械式发展到现在的融合机械、电子、材料、控制等多种学科和科技新成果应用的阶段,而且功能越来越强,可靠性越来越高,正朝着多目标综合和智能化控制的方向发展。其中,与车辆乘坐舒适性、操纵稳定性和行驶安全性能密切相关的悬架、制动和转向等底盘关键子系统及其综合控制己成为汽车工程领域研究的热点。本文结合国内外汽车底盘动力学控制的研究现状及存在的问题,以磁流变半主动悬架为中心,从车辆动力学理论分析的角度出发,以轮胎在不同方向受力的内在耦合为基础,分别对磁流变半主动悬架系统,悬架与制动系统、悬架与转向系统及悬架与制动和转向系统的动力学关系、建模及综合控制问题进行了研究。具体工作包括以下几个方面: (1)对可控底盘关键子系统——磁流变悬架系统,进行了相关的理论和试验研究。建立了基于磁流变减振器的1/4悬架系统模型,在模糊控制的基础上引入灰色系统预测理论,提出了灰模糊控制策略并与传统天棚和模糊控制策略进行了仿真和试验对比研究。 (2)在磁流变可控半主动悬架研究的基础上,进一步分析了悬架与制动系统间的动力学关系,建立了基于磁流变半主动悬架和制动系统的耦合半车模型,并在特定的纵/垂向输入下,定量的分析了车辆纵/垂向性能间的相互影响;在此基础上,提出以缩短制动距离和制动时间而不大幅降低舒适性作为出发点,设计了基于动态表面控制理论的悬架与制动系统协调控制器,并对协调控制及各种非协调控制进行了仿真对比分析。 (3)建立了包含悬架和转向系统的集成侧/垂向车辆动力学模型;定量的分析了悬架阻尼参数变化对侧向动力学的影响及在不同特征路面激励下车辆侧、垂向频域响应间的关系。在此基础上结合集成车辆模型,提出了悬架与转向系统综合灰模糊控制策略,并根据等维新息模型思想,研究了原始数据列数目的选取问题。 (4)分析了整车各运动姿态在车辆系统坐标系下的相互关系及其对整车性能的影响;选取改进的Magic Formula轮胎模型,建立了包含悬架、制动和转向系统的整车纵/横/垂向非线性动力学耦合模型,并在Matlab/Simulink环境下搭建了整车仿真模型,最后通过实车试验对仿真模型及其参数的正确性进行了试验验证。 (5)采用三维图形方式分析了底盘各关键子系统的功能范围和控制权重,明确了各可控子系统的作用和有效工作区域。在此基础上,提出了一种基于主体目标的分层控制策略,并对上层的系统监督和任务分配逻辑及下层的子系统控制器进行了设计,在三种典型工况下进行了仿真分析。 最后总结了全文的研究工作,介绍了论文的特色与创新之处,指出了近期有待深入研究的问题。


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