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原文传递基于多项式混沌展开的汽车准零刚度空气悬架多目标优化与鲁棒控制

论文题名：	基于多项式混沌展开的汽车准零刚度空气悬架多目标优化与鲁棒控制
关键词：	汽车准零刚度空气悬架;多目标优化;鲁棒控制;多项式混沌展开
摘要：	空气悬架是电动化底盘高端核心零部件，对车辆乘坐的舒适性、行驶的稳定性及安全性起着关键性作用。为了进一步提升悬架性能以满足复杂多变路况需求，各种新型的悬架结构应运而生，本文继承电控空气悬架优势，结合气动负刚度机构提出了准零刚度空气悬架系统，并重点针对悬架系统由于制造、使用环境、磨损等问题引起结构参数随机不确定性问题，基于多项式混沌展开(Polynomial Chaos Expansion,PCE)理论开展考虑参数不确定的准零刚度空气悬架建模与优化控制的研究。　　首先，提出了准零刚度空气悬架系统不确定模型的建模方法。对准零刚度空气悬架的进行了运动过程中的受力分析和几何建模，获得了准零刚度空气悬架动力学微分方程，在此基础上，提出了两种基于多项式混沌展开的悬架不确定模型建立方法：1)将整个系统看作是黑箱系统，通过解算线性方程组的求出多项式混沌展开的系数，进而建立系统输入与输出的关系；2)将多项式混沌展开嵌入到系统的状态方程当中，得到的多项式混沌系数的系统状态方程作为描述系统随机不确定性的模型。　　其次，分析了随机不确定结构参数对准零刚度空气悬架的性能影响。基于配点法建立准零刚度空气悬架的多项式混沌展开的不确定性模型，确立了系统性能参数与随机不确定结构参数的关系，通过选取悬架的不确定参数作为悬架不确定性模型的输入，悬架性能参数作为悬架不确定性模型的输出，计算了悬架性能参数在不同路面激励下的响应情况，使用蒙特卡洛方法对悬架不确定性进行了随机模拟，验证了多项式混沌展开方法在解决悬架不确定性问题上的可行性。　　再次，考虑结构参数随机不确定性，采用NSGA-II算法对准零刚度空气悬架进行了多目标优化。选取正态分布的不确定参数的均值作为优化参数，经过标准差加权的车身加速度（均方根值）和悬架动挠度（均方根值）作为优化目标，采用多项式混沌方法建立了优化参数与目标之间的关系，然后使用NSGA-II算法对结构参数进行了帕累托优化，仿真分析了悬架性能参数的不同加权下的帕累托前沿与最优解集，优化结果表明，车身加速度和悬架动挠度均得到了14%~80%的不同程度改善，反映了优化后的悬架具有更好的综合性能和更大的性能保持能力，搭建了准零刚度空气悬架试验平台，试验结果表明，相比优化前，优化后的标准差加权车身加速度和悬架动挠度分别降低了3.4%和78.8%。　　最后，考虑参数随机不确定性的设计了磁流变半主动准零刚度空气悬架H2控制器。通过上述多项式混沌展开的系数状态方程建立了准零刚度空气悬架替代模型，基于H2控制理论求解得到考虑参数随机不确定性的状态反馈控制律，并进行了仿真分析和硬件在环HiL仿真试验，试验结果表明，考虑不确定性的PCE-H2控制律比常规的H2控制律在对悬架整体性能的控制效果上降低了3.2%，但是对于半主动悬架的性能保持上，PCE-H2控制律的控制效果比常规的H2控制律提升了38.7%。
作者：	刘欢
专业：	车辆工程
导师：	徐兴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022