原文传递
免充气轮胎-混合电磁悬架系统匹配设计与MPC自适应控制研究
| 论文题名： | 免充气轮胎-混合电磁悬架系统匹配设计与MPC自适应控制研究 |
| 关键词： | 乘用车;免充气轮胎;混合电磁悬架;匹配设计;垂向动力学模型 |
| 摘要： | 传统充气轮胎由于具有良好的承载和减振性能，被广泛应用于乘用车领域，但其在高温高压下容易爆胎的弊端，对驾乘人员的人身安全带来了极大的威胁。免充气轮胎由于采用了特殊的结构和材料，从根本上消除了爆胎的危险，大幅提升了车辆的行驶安全性。但相较于传统充气轮胎，免充气轮胎的质量和径向刚度都有所增加，给车辆垂向动力学性能带来了负面影响。混合电磁悬架系统由于具有响应速度快、可靠性高等优点，通过设计合理的控制策略，能够有效地改善免充气轮胎车辆的乘坐舒适性和轮胎接地性。为此，本文以装有免充气轮胎的汽车为研究对象，在国家自然科学基金面上项目（项目号：51975253）的支持下，建立了免充气轮胎-混合电磁悬架系统垂向动力学模型，进行了混合电磁悬架性能参数的匹配设计，并提出了基于路面等级的免充气轮胎-混合电磁悬架模型预测自适应控制方法，有效满足了免充气轮胎车辆在各个路况下的性能需求。 首先，建立免充气轮胎非线性径向刚度模型以及免充气轮胎-混合电磁悬架系统整车模型，分析免充气轮胎车辆悬架垂向动力学性能，计算混合电磁悬架阻尼系数和弹簧刚度的约束范围，保证设计结果的可行性和合理性，在此约束下，通过遗传算法优化选取混合电磁悬架阻尼系数与弹簧刚度值，并通过仿真分析参数优化的效果，总结免充气轮胎车辆的垂向动力学特性。 然后，针对高速行驶的良好路面以及低速行驶的颠簸路面两种典型工况，探究免充气轮胎-混合电磁悬架系统垂向动力学性能需求，设计免充气轮胎-混合电磁悬架模型预测自适应控制器，并优化选取模型预测控制参数（预测时域和控制时域），设计基于扩展卡尔曼滤波器的状态观测器以及基于自适应模糊神经网络路面识别算法进行路面等级识别，通过距离综合评价法选取路面信息敏感参数作为路面识别算法的输入，并优化选取识别算法的识别周期和隶属函数类型。 随后，通过仿真分析所设计的观测器的观测精度和该观测精度下MPC控制器的控制效果，验证所设计的观测器的有效性和准确性，通过在多等级复杂路况进行路面等级识别的仿真分析，验证所设计的路面等级识别算法的准确性，通过与改进天棚和定参数MPC控制方法进行仿真对比，验证所设计的MPC自适应控制方法的优越性和可行性。 最后，对混合电磁悬架进行力学特性试验，建立直线电机的电磁推力模型，为了验证所设计控制算法的有效性以及仿真结果的正确性，进行硬件在环测试。试验结果与仿真分析基本一致，证明所设计控制方法的有效性和仿真实验的准确性。 |
| 作者： | 郭一鸣 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 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： | 2022 |
检索历史
应用推荐
