汽车半主动悬架和电动助力转向系统FNN/CMAC集成控制研究

摘要

悬架与转向系统是汽车底盘系统中影响车身姿态和行驶安全性的两大关键系统。由于汽车运行工况的复杂性，悬架和转向系统有着不同的评价指标，对悬架或转向的单独控制难以保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性同时得到改善。因此，对悬架和转向系统进行组合并良好匹配，在不同车速和侧向加速度情况下，通过对转向力和车身姿态的综合控制，可较好地改善汽车的操纵稳定性及行驶平顺性。EPS(Electfic Power System)是最具发展潜力的转向系新技术，符合节能、环保的发展要求，半主动悬架是今后悬架技术发展的趋势，因此本文对半主动悬架和EPS系统集成控制的一些关键技术进行了初步探索。 一、建立了包括转向模型、半主动悬架模型、轮胎模型、道路模型在内的整车九自由度动力学模型。在此基础上，结合EPS机构模型，建立了半主动悬架与EPS系统的集成动力学模型。为半主动悬架系统和集成系统的仿真计算和性能分析奠定了基础。 二、根据转向工况下带有半主动悬架的整车动力学模型，针对整车横摆运动和车身侧倾运动的耦合问题，设计了半主动悬架模糊控制策略。结果表明，半主动悬架系统能在一定程度上抑制整车横摆和车身侧倾，但是无法从根本上解决二者的耦合问题，因此，需建立更为精确的半主动悬架和EPS系统集成控制模型。 三、在分析了悬架和转向系统相互作用的基础上，针对半主动悬架和EPS系统集成动力学模型，设计了集成系统的模糊神经网络(FNN)/小脑模型神经网络(CMAC)控制策略。结合神经网络自适应学习功能和模糊系统强大的推理能力，构建了半主动悬架系统模糊神经网络控制器。运用PID控制算法指导CMAC网络学习，使控制参数自动寻优，构成EPS系统CMAC控制器。仿真结果表明，所设计的集成控制系统，与单独控制的系统相比，在操纵稳定性、转向轻便性、行驶平顺性和安全性等方面均得到改善。 四、在CH7140轿车减振器的基础上，设计了一种节流口可调式减振器，并进行了台架试验。研究开发了以LPC2131ARM单片机为微处理器的集成系统控制器，在CH7140轿车上进行了实车道路试验。结果表明，集成控制系统较好地改善了汽车行驶性能，为半主动悬架和EPS系统集成控制的进一步研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1汽车悬架系统

1.1.1汽车悬架简介

1.1.2汽车悬架的分类及原理

1.1.3半主动悬架的研究现状

1.2汽车电动助力转向系统(EPS)

1.2.1汽车转向系统概述

1.2.2 EPS系统构成和工作原理

1.2.3 EPS系统发展现状及应用

1.3汽车底盘集成控制技术

1.3.1汽车集成控制基本思想

1.3.2汽车底盘集成控制系统的组成

1.3.3汽车底盘集成控制系统的研究动态

1.4课题研究目的和主要研究内容

1.4.1研究目的

1.4.2主要研究内容

第二章控制理论基础

2.1模糊控制理论

2.1.1模糊控制发展概况

2.1.2模糊控制的基本结构组成和控制规则

2.2神经网络理论

2.2.1神经网络基本结构和功能

2.2.2小脑模型神经网络(CMAC)

2.3模糊神经网络(FNN)理论

2.3.1模糊和神经网络的结合

2.3.2模糊神经网络结构

2.4 PID控制理论

2.5本章小结

第三章悬架与转向集成系统建模

3.1转向工况下半主动悬架整车动力学模型

3.1.1转向模型

3.1.2半主动悬架模型

3.1.3轮胎模型

3.1.4道路模型

3.2 EPS机构模型

3.3转向工况下半主动悬架整车动力学系统状态空间描述

3.4半主动悬架与EPS整车动力学系统状态空间描述

3.5本章小结

第四章转向工况下半主动悬架模糊控制研究

4.1转向工况下横摆和侧倾运动耦合分析

4.2半主动悬架模糊控制器结构

4.3整车横摆运动模糊控制

4.3.1模糊规则设计

4.3.2仿真计算及结果分析

4.4车身侧倾运动模糊控制

4.4.1模糊规则设计

4.4.2仿真计算及结果分析

4.5本章小结

第五章半主动悬架与EPS的FNN/CMAC集成控制

5.1集成系统控制问题描述

5.2 FNN/CMAC集成控制系统的建立

5.2.1半主动悬架系统FNN控制策略

5.2.2 EPS系统CMAC控制器的构建

5.3仿真计算及结果分析

5.3.1半主动悬架和EPS系统仿真分析

5.3.2集成控制策略仿真分析

5.4本章小结

第六章试验研究

6.1试验装置

6.1.1节流口可调阻尼减振器

6.1.2 EPS系统

6.1.3传感器

6.1.4试验数据采集设备

6.2集成控制器

6.2.1集成控制器基本结构

6.2.2硬件结构

6.2.3软件设计

6.3实车道路试验

6.3.1车型参数

6.3.2试验条件

6.3.3试验结果及分析

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文