基于遗传算法的空气悬架最优控制研究

摘要

随着汽车工业的发展和人们生活水平的提高，改善汽车高速行驶时的平顺性、操纵稳定性以及提高轮胎对路面的接地性成为我国汽车工业发展所面临的重大课题。与钢板弹簧悬架车辆相比，空气悬架车辆不仅能提高乘坐舒适性，还能改善轮胎接地性和车辆的操纵稳定性，减少车辆对路面的损坏。因此，对空气悬架进行研究是一项很有意义的工作。
　　 在查阅了大量空气弹簧和空气悬架的有关资料基础上，系统地分析了国内外空气悬架的发展研究现状，也阐述了汽车悬架控制技术的发展。
　　 在对空气弹簧特性分析的基础上，推导出空气弹簧充放气时间、刚度和高度的关系，为后面控制打下基础，介绍了悬架性能的评价指标，建立了整车八自由度动力学模型，进行模拟分析，并进行了整车试验，将试验结果和模拟结果对比分析，验证了整车模型的正确性。
　　 为了研究最优控制理论对空气悬架车辆性能的改善情况，运用建立的整车控制模型，对控制前后进行对比分析，针对最优控制的权重矩阵往往通过人为经验的设置，在对比几组不同人为设置权重矩阵控制的结果，表明不同的权重矩阵对悬架性能指标有不同的影响；大胆提出了一种新的控制方法，即基于遗传算法的最优控制，通过遗传算法对最优控制的权重矩阵进行优化，其结果与人为设置权重型最优控制的结果对比分析，结果分析表明遗传优化权重型最优控制对空气悬架控制有着更佳性能，同时验证了新控制方法的可行性与正确性。
　　 最后，进行了悬架试验台的程序设计，通过控制前后试验数据的处理分析，结果表明，与控制前相比，施加了最优控制的悬架性能有良好的改善效果，同时基于遗传算法的最优控制对空气悬架性能改善效果更大，验证了所提出的控制方法的正确性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2课题研究的意义

1.3空气悬架系统的研究现状与发展趋势

1.3.1国外空气悬架系统的研究现状与发展趋势

1.3.2国内空气悬架系统的研究现状与发展趋势

1.4汽车悬架控制技术的发展

1.5课题研究的主要内容

第二章 空气弹簧特性研究

2.1空气弹簧简介

2.2空气弹簧的特性

2.3空气弹簧的工作原理

2.4空气弹簧高度计算

2.4.1空气弹簧的有效面积

2.4.2空气弹簧的有效容积

2.4.3空气弹簧高度理论推导计算公式

2.5空气弹簧刚度计算

2.6空气弹簧充放气时间、刚度和高度的曲线拟合

2.7整车充放气试验

2.8本章小结

第三章 空气悬架整车平顺性模拟与试验验证

3.1悬架性能对汽车使用性能的影响

3.1.1汽车平顺性的评价

3.1.2轮胎接地性和操纵稳定性的评价

3.1.3综合评价

3.2汽车动力学模型

3.3整车平顺性模拟

3.3.1状态方程

3.3.2整车模型的平顺性模拟

3.4整车平顺性试验及模型的验证

3.4.1试验仪器及方法

3.4.2模型验证

3.4.3误差分析及原因

3.5本章小结

第四章 基于遗传算法的最优控制

4.1最优控制的基本原理

4.2线性二次型最优控制的三种类型

4.2.1状态调节器问题

4.2.2输出调节器问题

4.2.3跟踪问题

4.3空气悬架最优控制器的设计

4.3.1整车空气悬架控制系统模型

4.3.2整车空气悬架控制系统状态方程

4.3.3整车空气悬架的最优控制器设计

4.3.4空气悬架能控性和能观性分析

4.3.5控制系统稳定性分析

4.3.6仿真结果分析

4.3.7权值对性能的影响及分析

4.4基于遗传算法的空气悬架最优控制的仿真

4.4.1遗传算法的基本原理

4.4.2遗传算法的基本步骤

4.4.3遗传算法对最优控制权重矩阵的优化

4.4.4 S函数的应用

4.4.5仿真结果的分析

4.5本章小结

第五章 台架试验验证

5.1试验台的组成

5.2试验仪器及设备

5.3试验台的工作原理

5.4试验结果及分析

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文