基于磁流變半主動(dòng)懸架的汽車(chē)底盤(pán)集成控制.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的極大提高，汽車(chē)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(lái)的汽車(chē)行駛速度的顯著提高和道路行車(chē)密度的急劇增大，使得人們對(duì)汽車(chē)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(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，使越來(lái)越多的控制系統(tǒng)運(yùn)用到汽車(chē)當(dāng)中。其中，電控懸架作為連接車(chē)身和底盤(pán)的一個(gè)橋梁，在汽車(chē)底盤(pán)控制中起著至關(guān)重要的作用。磁流變半主動(dòng)懸架具有響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍寬、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是

2、目前電控懸架的研究熱點(diǎn)，在商業(yè)和軍事上都具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)磁流變半主動(dòng)懸架的研究多處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室研究中，實(shí)際應(yīng)用在整車(chē)上并不多見(jiàn)，主要原因是磁流變半主動(dòng)懸架是一個(gè)存在有不確定因索、時(shí)滯的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，使得控制策略的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性，先前的一些半主動(dòng)控制算法針對(duì)具體問(wèn)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?gòu)恼?chē)的角度對(duì)懸架進(jìn)行控制。因此，如果以磁流變半主動(dòng)懸架為核心，考慮整車(chē)多個(gè)子系統(tǒng)之間

3、的相互影響，以整車(chē)的綜合性能為目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，具有很高的研究?jī)r(jià)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(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)中多子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究。對(duì)協(xié)調(diào)控制的研究中，一般是對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究且設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，而考慮汽車(chē)底盤(pán)多個(gè)子系統(tǒng)之間的相互影響并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的研究較少。
　　 本文以磁流變半主動(dòng)懸架為核心，分析汽車(chē)底盤(pán)中懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)之間的耦合關(guān)系和相互影響，設(shè)計(jì)出半主動(dòng)懸架和主

4、動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的協(xié)調(diào)控制器，以及半主動(dòng)懸架、制動(dòng)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(chē)動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)展以及汽車(chē)底盤(pán)主動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀。隨后分析了汽車(chē)底盤(pán)集成控制的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，最后給出了本文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　 (2)建立考慮相互影響的汽車(chē)懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)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(chē)的模型，并對(duì)不同工況下的各種運(yùn)動(dòng)之間的相

5、互影響和制約關(guān)系進(jìn)行了理論分析和仿真計(jì)算。
　　 (3)設(shè)計(jì)了一款剪切和流動(dòng)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(duì)所設(shè)計(jì)的減振器進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，并將其安裝于改裝車(chē)上。根據(jù)磁流變半主動(dòng)懸架本身具有不確定性、時(shí)滯性強(qiáng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了參數(shù)自調(diào)整PID控制器，進(jìn)行了脈沖輸入和隨即路面輸入的整車(chē)仿真試驗(yàn)。以ARM單片機(jī)LPC2292為核心，完成了電荷放大器、車(chē)速信號(hào)調(diào)理、恒流源驅(qū)動(dòng)及系統(tǒng)故障診斷等電路的設(shè)計(jì)。引入了嵌入

6、式實(shí)時(shí)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(dòng)懸架應(yīng)用于試驗(yàn)車(chē)上，進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)。
　　 (4)對(duì)基于7自由度整車(chē)模型的半主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)了最優(yōu)控制器，運(yùn)用分離定理，得到隨機(jī)狀態(tài)反饋調(diào)節(jié)器的最優(yōu)控制率。為改善整車(chē)的操縱穩(wěn)定性，對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可實(shí)時(shí)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(chē)輛的行駛平順性，在兩個(gè)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)上層協(xié)調(diào)控制器。協(xié)調(diào)控制器根據(jù)車(chē)輛傳感器信息，

7、實(shí)時(shí)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(chē)輛獲得最好的性能。仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的控制器能夠較好的提高整車(chē)的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。
　　 (5)為改善車(chē)輛的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和安全性，對(duì)懸架、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)參數(shù)自調(diào)整PID、滑模變結(jié)構(gòu)和變滑移率邏輯門(mén)限值控制器，采用狀態(tài)識(shí)別模式的協(xié)調(diào)控制方法，進(jìn)行了多種行駛工況下的整車(chē)控制系統(tǒng)仿真。
　　 (6)基于ARM7平臺(tái)，進(jìn)行了制動(dòng)防抱死系統(tǒng)和半主動(dòng)懸架系