車(chē)輛半主動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向集成控制的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、懸架是車(chē)輛底盤(pán)系統(tǒng)中重要的減振部件，對(duì)車(chē)輛的行駛平順性影響甚大，半主動(dòng)懸架(SAS)因具有阻尼可控、能顯著提高懸架性能、成本較低等優(yōu)點(diǎn)而成為電控懸架的主要發(fā)展方向。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)具有節(jié)能、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)改善車(chē)輛的駕駛輕便性、提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和安全性有重要作用，已成為乘用車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主流技術(shù)。半主動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向分別屬于車(chē)輛底盤(pán)系統(tǒng)中的行駛系子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系子系統(tǒng)，共同影響底盤(pán)的動(dòng)力學(xué)性能，所以有關(guān)改進(jìn)懸架結(jié)構(gòu)和助

2、力轉(zhuǎn)向特性的研究一直是車(chē)輛工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 目前對(duì)半主動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向各個(gè)單獨(dú)子系統(tǒng)的控制技術(shù)已較為成熟，所以應(yīng)從底盤(pán)系統(tǒng)的集成控制上進(jìn)一步改善車(chē)輛的綜合性能。由于懸架子系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)之間的耦合影響，使得對(duì)各單獨(dú)系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的組合控制并不能獲得最優(yōu)的整體性能，所以對(duì)懸架和轉(zhuǎn)向這二者的集成控制便顯得非常必要。因此，本文在分析了半主動(dòng)懸架和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向之間的相互關(guān)系、協(xié)調(diào)機(jī)理及對(duì)整車(chē)動(dòng)力學(xué)控制的作用基礎(chǔ)上，基于分層遞階和多智能

3、體理論，對(duì)SAS與EPS的集成控制系統(tǒng)進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究： 首先，對(duì)半主動(dòng)懸架、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和汽車(chē)集成控制的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，闡述了集成控制中使用的各種控制策略，建立了轉(zhuǎn)向工況下的集成系統(tǒng)模型，分析了SAS和EPS之間的相互作用、協(xié)調(diào)機(jī)理以及對(duì)車(chē)輛性能的影響。 第二，改變傳統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和集中控制的開(kāi)發(fā)方法，引入人工智能研究領(lǐng)域的多智能體技術(shù)，提出了半主動(dòng)懸架與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理，構(gòu)造了懸架、轉(zhuǎn)向智能體以及SA

4、S與EPS協(xié)同框架和集成控制系統(tǒng)，對(duì)各智能體的控制策略進(jìn)行了研究，構(gòu)架了基于分層遞階控制的車(chē)輛底盤(pán)集成控制模型，提出一種新的通過(guò)智能體智能行為提高汽車(chē)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性的控制策略。 第三，為驗(yàn)證所提控制策略的有效性和可行性，在MATLAB環(huán)境下聯(lián)合AMESim軟件對(duì)懸架和轉(zhuǎn)向進(jìn)行集成控制建模，機(jī)械系統(tǒng)模型在AMESim建立，控制系統(tǒng)在Simulink建立，依據(jù)多智能體構(gòu)架對(duì)各個(gè)智能體進(jìn)行了分層連接，建立多智能體系統(tǒng)的集成系統(tǒng)控制模型并

5、進(jìn)行聯(lián)合仿真，為集成控制器的設(shè)計(jì)和樣車(chē)路試提供依據(jù)。 第四，基于嵌入式操縱系統(tǒng)ARM對(duì)多智能體集成控制器進(jìn)行了軟硬件實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)輸入信號(hào)的采集處理、控制策略、輸出信號(hào)的控制等各功能模塊的實(shí)現(xiàn)。對(duì)懸架智能體的車(chē)身加速度信號(hào)進(jìn)行模糊控制，對(duì)轉(zhuǎn)向智能體的助力電壓進(jìn)行PID反饋控制；最后由系統(tǒng)智能體對(duì)SAS和EPS的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)進(jìn)行查詢推理協(xié)調(diào)，調(diào)節(jié)減振器阻尼、提供助力適應(yīng)不同的工況，實(shí)現(xiàn)懸架和轉(zhuǎn)向的智能協(xié)調(diào)控制。 最后

6、，對(duì)樣車(chē)原減振器進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)改變節(jié)流口開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)減振器阻尼，研制出可調(diào)阻尼減振器并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，得到減振器的特性曲線和控制關(guān)系。隨后進(jìn)行SAS與EPS集成控制的實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)結(jié)果。 研究表明，試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果基本吻合，且開(kāi)發(fā)的多智能體集成控制器運(yùn)行可靠，控制策略有效可行；多智能體技術(shù)的應(yīng)用較好地協(xié)調(diào)了懸架、轉(zhuǎn)向這兩個(gè)子系統(tǒng)的相互影響。與懸架轉(zhuǎn)向集成系統(tǒng)的自適應(yīng)模糊控制相比，多智能體集成控制的車(chē)身質(zhì)心加速度和橫擺角速度

7、都有較大幅度下降，其中表征行駛平順性的車(chē)身質(zhì)心加速度峰值下降6.48％，標(biāo)準(zhǔn)差降低7.37％；表征操縱穩(wěn)定性的橫擺角速度峰值降低10.59％，標(biāo)準(zhǔn)差下降30.15％；表征車(chē)體姿態(tài)變化的車(chē)身側(cè)傾角峰值下降10.06％，標(biāo)準(zhǔn)差降低21.24％；表征操縱輕便性的轉(zhuǎn)向盤(pán)操縱轉(zhuǎn)矩峰值降低18.10％，標(biāo)準(zhǔn)差下降30.38％。因此，說(shuō)明采用多智能體理論對(duì)底盤(pán)的懸架和轉(zhuǎn)向進(jìn)行集成控制效果顯著，車(chē)輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性得到進(jìn)一步明顯改善；系統(tǒng)智能體