基于灰色預(yù)測的汽車SAS與EPS集成系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的兩個重要組成部分，與汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等諸多性能有關(guān)。隨著電子控制技術(shù)及單片機技術(shù)的發(fā)展，汽車半主動懸架(Semi—Active Suspension，SAS)和電動助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering，EPS)成為研究的熱點。SAS可在一定程度上同時改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，EPS可提高操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向輕便性。但由于懸架系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間存在一定的耦合作用，針對單一系統(tǒng)進行控

2、制時，只能改善車輛的局部性能，而整車的綜合性能很難得到較大幅度的提高。要獲得更優(yōu)的整車綜合性能，需要對這兩個系統(tǒng)進行集成控制。本文以提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性為目標(biāo)，對車輛SAS與EPS系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和集成控制作了較系統(tǒng)的研究。 針對轉(zhuǎn)向與懸架兩子系統(tǒng)間的相互約束和影響，改進了SAS與EPS集成系統(tǒng)整車動力學(xué)模型，在輪胎模型中考慮了輪胎垂直載荷變化對輪胎側(cè)偏特性的影響，轉(zhuǎn)向子模型受力分析中考慮到輪胎側(cè)偏力的實際方向，使模型更接

3、近于實際情況。在仿真分析的基礎(chǔ)上，研究了懸架系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系。 針對集成控制的兩個目標(biāo)：消除子系統(tǒng)間的不利干擾和沖突、合理分配各子系統(tǒng)的控制輸入，提出了SAS與EPS系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制方法，并設(shè)計了協(xié)調(diào)控制器。分別建立了SAS子系統(tǒng)模糊控制器和EPS子系統(tǒng)PID控制器，以車輛的整體性能最優(yōu)為目標(biāo)，構(gòu)建上層控制的協(xié)調(diào)策略。仿真結(jié)果表明，分層協(xié)調(diào)控制可有效提高汽車的綜合性能，協(xié)調(diào)汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。分層協(xié)調(diào)控制策

4、略是研究集成控制的有效方法。 針對SAS與EPS系統(tǒng)多輸入多輸出的特點，基于灰色預(yù)測理論，建立了SAS與EPS系統(tǒng)性能指標(biāo)的多變量灰色預(yù)測模型，實現(xiàn)性能指標(biāo)的預(yù)測，預(yù)知系統(tǒng)性能指標(biāo)的發(fā)展趨勢。根據(jù)預(yù)測值對集成控制策略進行預(yù)先修正，以實現(xiàn)SAS與EPS系統(tǒng)的事先控制，避免了控制變量的大幅度急劇調(diào)整，使控制效果更精確。 在此基礎(chǔ)上，提出了基于灰色預(yù)測的SAS與EPS集成系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制方法，并設(shè)計了灰色預(yù)測協(xié)調(diào)控制策略，減少

5、了不確定因素的影響和控制系統(tǒng)時間滯后引起的控制不精確，大幅度改善了執(zhí)行機構(gòu)的控制性能。采用灰色預(yù)測控制，有效改善了SAS與EPS系統(tǒng)的集成控制效果。仿真結(jié)果表明這種控制方法完全可以滿足SAS與EPS系統(tǒng)的集成控制需要。 研究開發(fā)了基于ARM2131的SAS與EPS系統(tǒng)集成控制器硬件。將改進的半主動懸架和開發(fā)的集成控制器裝在北斗星CH7140轎車上進行實車道路試驗，并將試驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比。仿真試驗結(jié)果和實車試驗結(jié)果基本吻合

6、，表明所建立的集成系統(tǒng)模型正確，控制策略可行，技術(shù)可靠，為汽車底盤系統(tǒng)的集成控制研究提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)?；疑A(yù)測分層協(xié)調(diào)控制的系統(tǒng)與被動系統(tǒng)相比，質(zhì)心垂直加速度的峰值下降28.57％，標(biāo)準(zhǔn)差下降27.75％；橫擺角速度的峰值下降10.18％，標(biāo)準(zhǔn)差下降12.69％；車身側(cè)傾角峰值下降15.8％，標(biāo)準(zhǔn)差下降8.19％；側(cè)向加速度峰值下降20.8％，標(biāo)準(zhǔn)差下降18.6％；在人體敏感頻率區(qū)域內(nèi)，質(zhì)心加速度功率普密度也有明顯的降低。表明灰色預(yù)