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基于反馈线性化卡尔曼观测器的磁流变半主动悬架控制器设计与试验研究
| 论文题名： | 基于反馈线性化卡尔曼观测器的磁流变半主动悬架控制器设计与试验研究 |
| 关键词： | 半主动悬架;控制算法;状态观测;磁流变阻尼器 |
| 摘要： | 随着市场经济的高速发展和人民生活水平的日渐提高，被动悬架已无法满足消费者对车辆乘坐舒适性和行驶安全性的使用需求。半主动悬架能够根据车辆行驶工况实时调节自身工作模式，协调乘坐舒适性与行驶安全性的矛盾关系，并且成本低、能耗小、控制简单等优点使其具备广阔的应用前景。控制算法是半主动悬架系统的“灵魂”，基于状态反馈的控制算法需要采用悬架状态变量作为控制输入，而这些信号并非都能由传感器直接测得。此外，半主动悬架的工程化应用离不开悬架控制器的发展。当前研究大多停留在理论仿真阶段，缺少控制算法与控制器设计相结合的完整研发过程。为此，本文设计了一种基于状态观测的半主动悬架控制算法，离线验证其有效性后开发了一款悬架控制器。本文主要研究内容为： 首先，在考虑麦弗逊式悬架几何非线性和磁流变阻尼器力学非线性基础上，构建了1/4非线性悬架系统精确化模型，包括麦弗逊式悬架动力学模型，磁流变阻尼器多项式数学模型，以及连续随机路面和长坡形凸块路面激励模型。 其次，基于车辆行驶路况与动力学性能需求映射关系设计了悬架混合阻尼控制算法，并对比分析了获取控制算法所需状态变量方法的优缺点，在此基础上设计了一种基于微分几何理论的反馈线性化卡尔曼观测器(FLKO)以获取悬架状态变量。同时，采用Matlab/Simulink对包含状态观测的半主动悬架系统进行仿真分析，离线验证了控制算法的有效性，为悬架控制器V-cycle开发奠定了理论基础。 然后，完成了以芯片STM32F103VET6为微控制单元(MCU)的悬架控制器(ECU)开发，包括应用层控制算法/底层驱动程序的C代码编写和ECU硬件电路板制作。并基于xPC-Target平台搭建了半实物仿真系统对ECU进行硬件在环测试，测试结果表明，离线仿真与硬件在环的各项悬架动力学性能指标均方根值误差均在5%以内，验证了ECU工作时的可靠性、实时性和功能性。 最后，基于某款车型前悬开发了1/4悬架测控试验平台，对磁流变半主动悬架ECU进行台架试验，试验结果表明，相比被动悬架系统，磁流变半主动悬架系统能够显著改善车辆动力学性能，从而验证了所设计的控制算法以及所开发的悬架ECU的有效性与可行性。 |
| 作者： | 孙东 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 汪若尘 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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