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。而電子技術和自動化技術的發(fā)展，使越來越多的控制系統(tǒng)運用到汽車當中。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重要的作用。磁流變半主動懸架具有響應快、動態(tài)范圍寬、功耗低、結構簡單等特點，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用前景。目前，國內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、時滯的復雜非線性系統(tǒng)，使得控制策略的設計和實現極具挑戰(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進行協(xié)調控制，具有很高的研究價值。自20世紀80年代中期至今，企業(yè)界和學術界從理論和應用方面對車輛動力學中多子系統(tǒng)之間的協(xié)調控制問題進行了大量的研究。對協(xié)調控制的研究中，一般是對兩個系統(tǒng)進行研究且設計一個控制器，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、轉向和制動系統(tǒng)運動之間的耦合關系和相互影響，設計出半主動懸架和主

4、動前輪轉向的協(xié)調控制器，以及半主動懸架、制動防抱死和直接橫擺力矩控制的協(xié)調控制器。主要包括以下內容：
　　 (1)首先回顧了汽車動力學的研究進展以及汽車底盤主動控制的研究現狀。隨后分析了汽車底盤集成控制的研究現狀及存在的問題，最后給出了本文的研究內容和創(chuàng)新點。
　　 (2)建立考慮相互影響的汽車懸架、轉向和制動系統(tǒng)的數學模型以及輪胎模型。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、互影響和制約關系進行了理論分析和仿真計算。
　　 (3)設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學模型，對所設計的減振器進行了臺架試驗，并將其安裝于改裝車上。根據磁流變半主動懸架本身具有不確定性、時滯性強等特點，設計了參數自調整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、車速信號調理、恒流源驅動及系統(tǒng)故障診斷等電路的設計。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計了最優(yōu)控制器，運用分離定理，得到隨機狀態(tài)反饋調節(jié)器的最優(yōu)控制率。為改善整車的操縱穩(wěn)定性，對主動前輪轉向系統(tǒng)設計了可實時跟蹤目標橫擺角速度的滑模變結構控制器。為改善轉向工況下車輛的行駛平順性，在兩個子系統(tǒng)的基礎上設計了一個上層協(xié)調控制器。協(xié)調控制器根據車輛傳感器信息，

7、實時地調整轉向和懸架子系統(tǒng)跟蹤目標和控制參數，以使車輛獲得最好的性能。仿真結果表明：所設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、轉向和制動系統(tǒng)分別設計參數自調整PID、滑模變結構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