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原文传递离散冲击工况下汽车半主动悬架H∞控制器设计与性能分析

论文题名：	离散冲击工况下汽车半主动悬架H∞控制器设计与性能分析
关键词：	离散冲击工况;磁流变阻尼器;半主动悬架;路面辨识
摘要：	车辆悬架系统起支撑车身、隔离路面激励的作用，在保证乘坐舒适性和驾驶安全性方面发挥着重要的作用。磁流变式半主动悬架可以通过调节电流改变阻尼，更好地抑制不平路面产生的振动，且具有阻尼调节范围广、机械结构简单、耗能少的特点，受到了广泛关注。目前磁流变半主动悬架的研究主要针对激励幅值低、频率变化小的等级路面。与等级路面不同，离散冲击路面激励幅值大、持续时间短、激励频率变化大，使得离散冲击路面下的半主动悬架具有更复杂的控制问题。为此，本文针对离散冲击路面下的悬架控制问题进行研究。　　本文首先从车辆垂向振动抑制和俯仰抑制的角度出发，通过简化的车辆结构，建立了用于研究车辆俯仰动力学的1/2车辆模型，以及用于研究车辆垂向振动动力学1/4车辆模型。使用双曲正切模型描述了磁流变阻尼器的非线性，并建立了车路耦合激励的数学描述。使用高精度车辆动力学仿真软件进行离散冲击工况下的仿真，检验了建模的准确性。　　针对离散冲击工况激励幅值大的特点，给出了一种阻尼器阻尼力分段约束建模的方法。通过对阻尼力特性的分析，本文给出的分段约束建模方法具有更大的阻尼力范围，且减少了分段数量，有益于控制器设计和控制性能分析。在此基础上以阻尼力作为控制量设计了H∞控制器。通过与软悬架、硬悬架、天棚-地棚混合控制对比，验证了本文给出的H∞控制器在离散冲击工况下的可行性。　　智能网联技术的发展，使得车辆可获得减速带，坑包轮廓等不平路面信息。在这一背景下，导致H∞控制器设计中外部干扰能量由未知转为已知，带来已知离散冲击激励信息的新的振动抑制H∞控制器设计问题。本文针对智能网联背景下的悬架控制问题，分析了离散冲击路面下干扰能量对振动抑制H∞控制性能的影响，探索了采用一种前端补偿项提高振动抑制的控制方法。通过分析车轮与鼓包接触与脱离时振动的特征，给出了一种依据车轮与鼓包接触状态调整前端补偿项的方法。　　为获得车轮与鼓包的接触情况，利用车辆振动信息设计了基于长短时记忆神经网络的车路耦合状态识别方法。使用车路耦合模型生成的数据训练了该神经网络，并验证了该识别方法对车路耦合状态的识别准确性。结合前端补偿项对振动抑制性能的影响，设计了基于路面识别的切换策略，有效提高了车辆的舒适性。此外针对车轮脱离鼓包的行驶路段提出了一种阻尼器模型失配校正方法，提高了控制性能。　　针对车辆行驶在不平路面产生的俯仰问题，基于1/2车辆模型设计了考虑俯仰的前后悬架集成控制器。为了解决模型维数高，基于LMI技术易导致H∞控制器设计过程中无可行解的问题，对1/2车辆模型进行了简化，给出了一种考虑车辆俯仰的后悬架控制器。该控制器相比针对前后悬架独立设计的控制器能更好地抑制车辆的俯仰，可有效提高乘坐的舒适性。
作者：	周希睿
专业：	控制科学与工程
导师：	刘志远
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021