基于磁流變半主動懸架的汽車底盤集成控制.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及人們生活水平的極大提高，汽車逐漸融入到人們的工作生活之中，成為不可或缺的交通工具。隨之而來的汽車行駛速度的顯著提高和道路行車密度的急劇增大，使得人們對汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和安全性提出更高的要求。而電子技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，使越來越多的控制系統(tǒng)運用到汽車當(dāng)中。其中，電控懸架作為連接車身和底盤的一個橋梁，在汽車底盤控制中起著至關(guān)重要的作用。磁流變半主動懸架具有響應(yīng)快、動態(tài)范圍寬、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單等特點，是

2、目前電控懸架的研究熱點，在商業(yè)和軍事上都具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外對磁流變半主動懸架的研究多處于理論研究和實驗室研究中，實際應(yīng)用在整車上并不多見，主要原因是磁流變半主動懸架是一個存在有不確定因索、時滯的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，使得控制策略的設(shè)計和實現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性，先前的一些半主動控制算法針對具體問題的特征，雖然都取得了一定的控制效果，但仍然存在局限性，較少從整車的角度對懸架進行控制。因此，如果以磁流變半主動懸架為核心，考慮整車多個子系統(tǒng)之間

3、的相互影響，以整車的綜合性能為目標(biāo)進行協(xié)調(diào)控制，具有很高的研究價值。自20世紀(jì)80年代中期至今，企業(yè)界和學(xué)術(shù)界從理論和應(yīng)用方面對車輛動力學(xué)中多子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制問題進行了大量的研究。對協(xié)調(diào)控制的研究中，一般是對兩個系統(tǒng)進行研究且設(shè)計一個控制器，而考慮汽車底盤多個子系統(tǒng)之間的相互影響并進行協(xié)調(diào)控制的研究較少。
　　 本文以磁流變半主動懸架為核心，分析汽車底盤中懸架、轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)運動之間的耦合關(guān)系和相互影響，設(shè)計出半主動懸架和主

4、動前輪轉(zhuǎn)向的協(xié)調(diào)控制器，以及半主動懸架、制動防抱死和直接橫擺力矩控制的協(xié)調(diào)控制器。主要包括以下內(nèi)容：
　　 (1)首先回顧了汽車動力學(xué)的研究進展以及汽車底盤主動控制的研究現(xiàn)狀。隨后分析了汽車底盤集成控制的研究現(xiàn)狀及存在的問題，最后給出了本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點。
　　 (2)建立考慮相互影響的汽車懸架、轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及輪胎模型。在MATLAB/SIMULINK中搭建了整車的模型，并對不同工況下的各種運動之間的相

5、互影響和制約關(guān)系進行了理論分析和仿真計算。
　　 (3)設(shè)計了一款剪切和流動混合工作模式的磁流變減振器，給出了磁流變減振器的數(shù)學(xué)模型，對所設(shè)計的減振器進行了臺架試驗，并將其安裝于改裝車上。根據(jù)磁流變半主動懸架本身具有不確定性、時滯性強等特點，設(shè)計了參數(shù)自調(diào)整PID控制器，進行了脈沖輸入和隨即路面輸入的整車仿真試驗。以ARM單片機LPC2292為核心，完成了電荷放大器、車速信號調(diào)理、恒流源驅(qū)動及系統(tǒng)故障診斷等電路的設(shè)計。引入了嵌入

6、式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II，并成功移植了控制算法。將磁流變半主動懸架應(yīng)用于試驗車上，進行了臺架試驗和道路試驗。
　　 (4)對基于7自由度整車模型的半主動懸架設(shè)計了最優(yōu)控制器，運用分離定理，得到隨機狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)器的最優(yōu)控制率。為改善整車的操縱穩(wěn)定性，對主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計了可實時跟蹤目標(biāo)橫擺角速度的滑模變結(jié)構(gòu)控制器。為改善轉(zhuǎn)向工況下車輛的行駛平順性，在兩個子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一個上層協(xié)調(diào)控制器。協(xié)調(diào)控制器根據(jù)車輛傳感器信息，

7、實時地調(diào)整轉(zhuǎn)向和懸架子系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)和控制參數(shù)，以使車輛獲得最好的性能。仿真結(jié)果表明：所設(shè)計的控制器能夠較好的提高整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。
　　 (5)為改善車輛的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和安全性，對懸架、轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)分別設(shè)計參數(shù)自調(diào)整PID、滑模變結(jié)構(gòu)和變滑移率邏輯門限值控制器，采用狀態(tài)識別模式的協(xié)調(diào)控制方法，進行了多種行駛工況下的整車控制系統(tǒng)仿真。
　　 (6)基于ARM7平臺，進行了制動防抱死系統(tǒng)和半主動懸架系