线性最优半主动悬架与模糊电动助力转向协调控制系统研究

摘要

悬架系统作为车辆重要的减振部件，对车辆行驶平顺性有很大影响，半主动悬架(SAS)系统能够根据车辆的运动状态和外部环境的变化实时改变减振器的阻尼力，以取得最优的减振效果。电动助力转向(EPS)系统是一种利用电动机提供辅助力矩的动力转向系统，能够根据不同行驶工况使车辆获得良好的转向轻便性和操纵稳定性。由于悬架系统与转向系统的耦合关系及其控制目标的不同，需要对SAS和EPS系统进行协调控制，以消除它们之间的干扰和功能上的冲突。
　　本文在分析悬架和转向系统的耦合关系、协调机理以及整车动力学的基础上，对SAS与EPS的协调控制系统进行了理论分析和工程实践研究。全文的主要内容如下:
　　首先，建立了考虑转向工况的整车悬架动力学模型、EPS模型、路面模型和轮胎模型，分析了悬架系统和转向系统的耦合关系及其对车辆性能的影响。
　　第二，研究了半主动悬架系统的随机线性最优控制(LQG)方法;建立路面振动状态识别模块、转向状态识别模块和助力电机电压系数模糊调整模块，设计了随机线性最优半主动悬架和模糊PD电动助力转向系统的协调算法，在MATLAB环境下进行仿真分析。
　　最后，对协调控制系统进行了硬件电路和软件算法的设计，开发了以LPC2132为控制器的SAS与EPS协调控制系统的电控单元。以某微型轿车为试验平台，分别进行了单轮脉冲输入和转向盘转角阶跃输入实车道路试验。
　　试验结果与仿真结果基本一致，验证了所建立模型的正确性和协调控制算法的有效性。所建立的SAS与EPS协调控制策略弥补了两个子系统独立控制时的不足，改善了车辆的行驶平顺性、操纵稳定性、转向舒适性等，为汽车运动集成控制更深入的研究了提供一定的理论和工程实践参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 半主动悬架系统

1．1．1 汽车悬架系统概述

1．1．2 悬架系统的分类及原理

1．1．3 SAS系统的国内外研究现状

1．2 电动助力转向系统

1．2．1 汽车转向系统概述

1．2．2 电动助力转向系统的原理

1．2．3 EPS系统的国内外研究现状

1．3 车辆底盘集成控制系统

1．3．1 底盘子系统间的耦合关系

1．3．2 车辆动力学集成控制的研究现状

1．4 研究目的和主要内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 主要研究内容

第二章 SAS与EPS集成系统建模

2．1 转向工况下的SAS整车模型

2．1．1 侧向动力学模型

2．1．2 垂向动力学模型

2．1．3 路面输入模型

2．1．4 轮胎动力学模型

2．2 EPS动力学模型

2．2．1 电动助力转向模型的建立

2．2．2 助力电机模型

2．2．3 转向振动机理分析

2．3 本章小结

第三章 协调控制系统设计与仿真分析

3．1 SAS的随机线性最优控制

3．1．1 随机线性最优控制理论

3．1．2 SAS的随机线性最优控制

3．2 EPS的模糊PD控制

3．2．1 模糊控制理论

3．2．2 EPS系统的助力特性设计

3．2．3 助力电机电流模糊PD控制

3．3 EPS振动干扰补偿控制

3．4 SAS与EPS系统的协调控制

3．5 协调控制系统仿真

3．5．1 仿真参数设置

3．5．2 仿真结果分析

3．6 本章小结

第四章 协调控制系统的软硬件设计

4．1 控制单元架构

4．2 硬件电路设计

4．2．1 控制器选择

4．2．2 输入信号采集与调理电路

4．2．3 电源电路

4．2．4 助力电机驱动电路

4．2．5 步进电机的控制

4．2．6 故障保护电路

4．2．7 蓄电池电压监控电路

4．3 软件设计

4．3．1 软件系统总体设计

4．3．2 A／D采样系统设计

4．3．3 PWM输出子程序设计

4．4 系统可靠性设计

4．4．1 硬件抗干扰措施

4．4．2 软件抗干扰措施

4．5 本章小结

第五章 协调控制系统实车道路试验

5．1 道路试验设备及原理

5．2 试验内容及结果分析

5．2．2 转向盘角阶跃输入试验

5．2．1 单轮脉冲输入试验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 论文工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间的学术成果及参与项目