智能汽车主动悬架输出反馈控制方法研究

摘要

智能汽车的发展使得实时获取道路特征和车辆状态信息成为可能，可为主动悬架控制提供更多有效信息以进一步提高主动悬架的控制性能。本文基于智能汽车的道路特征信息，研究主动悬架控制方法，以期为进一步提升智能汽车主动悬架控制性能提供方法。
　　目前，广泛研究的主动悬架控制是在车速不变，车路耦合具有平稳随机激励特性的条件下进行的。与此不同，本文考虑车速或路面不平度变化导致车路耦合为非平稳随机激励情况。由于车路耦合非平稳激励在不同时间段表现出的特征不同，故本文首先采用时频分析方法对车路耦合激励的频率分布特征进行了分析。在此基础上，讨论了根据路面不平度信息设计主动悬架控制器的思路和方法，给出了随路面不平度变化的主动悬架H∞输出反馈控制器，并对给出的控制方法进行了仿真验证，最后开发了主动悬架仿真系统。
　　本文第二章给出了一种单轮路面激励时域建模方法。采用短时傅里叶变换时频分析方法分析了不同等级路面，不同车速时车路耦合激励信号的频率分布情况，得到车路耦合激励信号的时频特征，为后续章节的主动悬架控制器设计提供了激励信号的特征信息。高精度动力学模型veDYNA和实验结果表明本文给出的车路耦合激励信号建模方法是可行和有效的。
　　在获得车路耦合激励信号特征的基础上，本文第三章综合考虑了车辆乘坐舒适性和操纵稳定性性能指标，分析了针对不同等级路面设计不同加权函数的方法，考虑了实际应用时可获得的测量信息，给出了一种适应不同车路耦合激励特征的主动悬架约束H∞输出反馈控制算法。仿真结果表明本章给出的控制算法可以更有效抑制不平路面的扰动，提高车辆的舒适性。
　　本文第四章针对人体在有限频域内对振动的敏感特性，基于路面激励频率分布特征确定了上限频率和下限频率，考虑了悬架动行程、轮胎动静载荷比、主动力等约束条件，应用广义KYP引理将传递函数不等式转换为线性矩阵不等式，设计了有限频域H∞输出反馈控制器。并通过仿真检验了控制算法的有效性。
　　为实现硬件在回路的仿真，本文基于AMESim、LabVIEW和NI设备开发了主动悬架仿真系统。其中AMESim用于仿真车辆和悬架系统动态，运行在NI设备中；本文描述了基于LabVIEW的LabVIEW与AMESim数据交互模块、数据采集模块、传感器信号处理模块、CAN报文接收与发送模块的设计方法。开发的主动悬架仿真系统可实现控制算法硬件在环的测试。

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中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容及安排

第2章 车路耦合激励信号特征分析

2.1引言

2.2车路耦合激励信号的时域描述与分析

2.3车路耦合激励信号时频分析

2.4车路耦合激励信号的实验结果及分析

2.5本章小结

第3章 主动悬架系统H∞输出反馈控制算法设计

3.1引言

3.2主动悬架系统建模

3.3H∞输出反馈控制器的设计

3.4仿真结果及分析

3.5本章小结

第4章 主动悬架系统有限频域输出反馈控制算法设计

4.1 引言

4.2有限频域H∞输出反馈控制器设计

4.3仿真结果及分析

4.4本章小结

第5章 基于AMESim的主动悬架仿真系统开发

5.1引言

5.2主动悬架仿真系统结构设计

5.3 AMESim车辆动力学模型

5.4基于LabVIEW的仿真系统各功能模块开发

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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