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原文传递汽车磁流变半主动悬架仿人智能控制研究

论文题名：	汽车磁流变半主动悬架仿人智能控制研究
关键词：	磁流变悬架;仿人智能控制;磁流变阻尼器;整车动力学模型;汽车部件
摘要：	随着高速公路网的大量建设，车速不断提高，人们对汽车的舒适性和安全性提出了更高的要求。悬架作为影响汽车性能的关键部件，采用能够根据路面情况和车辆运行工况进行实时控制的智能悬架是提高汽车性能的一条重要途径。基于磁流变技术的半主动悬架由于响应快，动态范围宽，功耗低，结构简单，成为了目前智能悬架的研究热点。磁流变阻尼器的研制和半主动控制策略的设计是磁流变半主动悬架的两项关键技术，随着磁流变阻尼器研制水平的不断推进，控制策略的设计与实现将成为磁流变悬架性能最终能否充分体现的关键因素。由于磁流变悬架是一个存在有不确定性、时滞的复杂非线性动力学系统，控制策略的设计极富挑战性，先前的一些半主动控制算法针对具体问题的特征，虽然都取得了一定的控制效果，但仍然存在局限性，较少从整车的角度对悬架进行协调解耦控制。基于此，本文以“仿人”，“仿生”为指导思想，以安装四支磁流变阻尼器的某国产轿车为研究对象，基于动觉智能图式仿人智能控制理论，运用理论分析、数值仿真和道路试验的方法，对磁流变悬架的建模，控制系统的设计与实现进行了研究，主要进行了以下研究工作： (1)建立了悬架的整车非线性动力学模型，对悬架动力学特性和模型误差进行了研究。整车动力学模型中磁流变阻尼器具有非线性特性；通过试验的方法测试了一些模型参数；研究了阻尼不断变化对悬架传递特性的影响；利用道路测试结果研究了整车悬架动力学模型的误差，分析了误差产生的原因，为控制算法的设计奠定了基础。 (2)对磁流变减振器的工作特性进行了测试，建立了一种精确的磁流变阻尼器控制模型。根据汽车悬架减振器的标准和轿车的技术条件，利用电液伺服系统对阻尼器的示功特性、速度特性以及动态响应进行了测试，分析了磁流变阻尼器的工作特性；针对目前磁流变阻尼器控制模型存在的问题，建立了一种基于测试数据的简单、高精度的磁流变阻尼器控制模型。 (3)基于整车动力学模型，提出了一种分姿态协调控制的仿人智能控制方法，设计了具有分层递阶的、多模态多控制器的仿人智能控制器。通过对复杂任务的分解，提出将汽车的运动姿态划分为八种进行分姿态协调解耦控制，分别设计了运行控制级和参数校正级。在运行控制级，设计了由八个动觉智能图式组成的图式群，直接对磁流变悬架进行分姿态协调解耦控制；在参数校正级，通过在线调节控制参数，算法具有较强的自适应性；最后运用混合田口遗传算法实现了对仿人智能控器多个控制参数的整定。 (4)搭建了基于Matlab/Simulink的磁流变半主动悬架仿真控制研究平台。建立了随机路面不平度输入模型和确定路面输入模型，开展了仿人智能控制在不同的路面(随机路面和确定路面)不同车速(随机路面40km/h、60km/h、80km/h以及确定路面30km/h)下的仿真实验。为了与其它的半主动控制算法进行对比，本文还在相同的仿真环境下，开展了基于五种典型控制策略(天棚控制、地棚控制、混合控制、最优控制以及模糊控制)的仿真实验。结果表明，五种控制策略虽能取得某些评价指标的下降，取得一定的控制效果，但对车辆的俯仰和侧倾振动抑制不如仿人智能控制，仿人智能控制体现了好的综合性能。 (5)基于dSPACEAutobox搭建了一个通用的磁流变半主动悬架系统实时控制研究平台，解决了包括AutoBox控制箱、电流驱动器以及控制软件等软硬件技术，对某国产轿车进行了半主动控制改装。开展了一系列的实车道路试验研究，包括： 1)根据国家汽车平顺性随机路面试验标准，选择重庆市的沙滨路(相当于B级路面)和大竹林(相当于D级路面)作为试验道路，运用仿人智能控制策略，在沙滨路进行了40km/h、60km/h和80km/h的道路试验，在大竹林进行了30km/h的道路试验。为了与其它五种典型控制算法进行对比，在相同的道路试验条件下也开展了实车道路试验。试验中测试了车身、车轴八个测点以及驾驶员座椅处的加速度信号。试验结果表明，仿人智能控制能够显著降低车身的垂向振动，抑制车身的俯仰和侧倾运动，比其它五种控制策略有更好的平顺性能改进。 2)开展了在确定路面输入下的瞬态动力学控制实车路试研究，内容包括试验车以30km/h通过速度路障(双辙)和以20km/h通过速度路障(单辙)，在相同的道路试验条件下也开展了仿人智能控制与其它五种控制算法的路试比较研究。由试验结果可知，仿人智能控制能够降低车身垂向振动的第一个峰峰值，降低人体在冲击激励下的不适感，比其它五种控制策略更能有效地对俯仰和侧倾运动进行抑制。
作者：	董小闵
专业：	仪器科学与技术
导师：	黄尚廉
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文