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原文传递基于路面辨识的汽车磁流变半主动悬架建模及控制策略研究

论文题名：	基于路面辨识的汽车磁流变半主动悬架建模及控制策略研究
关键词：	汽车半主动悬架;磁流变阻尼器;动态切换控制;路面等级
摘要：	悬架系统作为承载车身质量，衰减来自路面不平整激励的关键重要部件，其性能的优劣，将直接影响车辆的行驶状态以及驾乘人员的乘坐舒适性与安全性。磁流变阻尼器（Magneto-rheological damper，MRD）因其具备结构简单、反应迅速、耗能低、输出阻尼力范围大且可实现无级调节等优点，已成为当前智能悬架系统领域中的重点研究对象。但由于车辆的行驶工况通常是复杂多变的，传统的控制策略已无法满足车辆多工况路面行驶时的性能要求。为此，本文以磁流变半主动悬架为研究对象，结合路面等级辨识技术，基于不同路面工况对悬架系统的性能要求，设计了可根据路面等级信息调整半主动悬架性能的动态切换控制系统，以提高车辆在不同等级路面上行驶时的综合性能。　　首先，基于路面不平度功率谱采用滤波白噪声法，构建了随机路面时域输入模型；应用牛顿第二定律，建立了被动悬架、半主动悬架动力学微分方程，进一步通过选取状态变量将动力学微分方程转换成状态空间方程，并基于Matlab/Simulink分别搭建了路面输入仿真模型和悬架系统仿真模型；为评价悬架系统各项性能的优劣，提出了悬架系统性能评价指标。　　其次，针对磁流变阻尼器输入输出之间存在较强的非线性以及滞回特性，对比分析了现有磁流变阻尼器力学模型的优缺点，选择以能够较好反映阻尼器力学特性的Spencer现象模型为基础，建立了磁流变阻尼器正向模型；为准确获取磁流变阻尼器输入控制电压，结合具有延时和反馈机制的非线性动态神经网络建立了磁流变阻尼器逆向模型；为确保所建立阻尼器逆向模型的有效性和准确性，对其进行了泛化性验证，结果表明阻尼器逆向模型能够较为准确的输出控制电压。　　然后，考虑到车辆在不同等级路面上行驶时，悬架系统的动态响应不同，确定了能够表征路面等级信息的响应指标；基于NARX神经网络建立了路面等级辨识模型，为验证所建立路面等级辨识模型的可行性，分别在相同路面等级不同车速、不同路面等级相同车速以及不同路面等级不同车速工况下进行了相应路面等级辨识，结果表明所建立路面等级辨识模型能够较好的辨识出相应路面等级，可应用于磁流变半主动悬架控制系统的设计之中。　　最后，针对不同路面等级以及相应车速确定了主要控制目标，运用最优控制理论进行了动态切换最优控制器设计。基于不同路面等级时所确定的控制目标，采用序关系分析法初步确定了各项性能指标加权系数；考虑序关系分析法的定性分析和定量计算存在一定片面性，采用改进布谷鸟搜索算法在初步确定的加权系数基础上继续进行了寻优；为验证基于两种算法确定加权系数的合理性，分别在A、C、E级路面工况下进行了仿真分析，结果表明所确定的加权系数能够满足控制目标要求；进一步基于路面等级辨识模型，在A、C、E级组合随机路面工况下进行了动态切换最优控制仿真分析，从仿真结果可以看出，基于路面等级辨识方法进行半主动悬架动态切换控制，可提高车辆在不同等级路面上行驶时的适应性以及动力学性能，验证了所提控制策略的有效性。
作者：	苟中华
专业：	车辆工程
导师：	胡启国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022