基于显式预测控制的磁流变半主动悬架控制

摘要

随着生活水平的提高及科学技术的发展，人们对汽车的性能要求越来越高。悬架系统作为现代汽车的重要部分之一，在提高汽车安全性和舒适性方面有着极其重要的作用。相对于其它类型的悬架系统而言，基于磁流变减振器的半主动悬架系统的研究价值非常高，且应用前景广泛。对该系统的研究一般会涉及悬架的结构设计、减振器的设计及选型、系统的建模方法、控制策略的选择、控制系统的仿真、半实物测试及实物测试等方面。本文的主要目的是研究基于磁流变减振器的半主动悬架的控制策略，改善半主动悬架的性能，主要从以下几个方面进行了研究:
　　1.基于ControlBase_VT控制单元的软硬件资源，搭建了汽车半主动悬架控制器的开发平台，并根据平台的硬件输出特性，设计了磁流变减振器的驱动电路。作为控制器快速原型的开发平台，该平台为控制算法的硬件在环及实车测试提供了软硬件基础。
　　2.根据汽车半主动悬架系统的结构和工作机理，建立了半主动悬架系统的数学模型。作为半主动悬架的执行器，磁流变减振器的模型是半主动悬架系统模型中不可或缺的部分，因此，本文进一步分析了磁流变减振器的工作机理和非线性滞环特性，并利用台架实验采集了其物理特性数据，建立了磁流变减振器的滞环多项式模型，且验证了该模型的精确性。
　　3.根据汽车悬架系统的性能指标和半主动悬架的数学模型，建立了优化命题，并加入了半主动悬架的实际物理约束。利用混杂系统理论(MLD)对约束进行处理后，将半主动悬架模型及约束转化为相应的分段线性混杂模型，然后，结合优化命题，利用显式预测控制算法设计了半主动悬架的控制器，最后，采用Matlab仿真的形式，通过和天棚控制算法进行比较，验证了显式预测控制算法的优越性。
　　4.利用上位机的CAN总线通信管理软件CANape将显式模型预测控制算法下载到ControlBase_VT控制器中，并在Matlab/Simulink中建立半主动悬架的动态数学模型，然后，利用CANape将载有控制策略的控制器和半主动悬架动态模型进行闭环仿真，通过硬件在环测试进一步验证了显式模型预测控制的有效性。
　　总而言之，本文结合磁流变半主动悬架系统的结构和特性建立了相应的数学模型，并根据实际悬架系统的约束及汽车悬架的性能指标设定了半主动悬架的优化命题。利用MLD理论对约束进行处理后，在模型和命题的基础上，设计了基于显式模型预测控制算法的控制器。最后从软件仿真和硬件在环测试两个层面验证了该控制器的性能，为控制器进一步研究和实车应用奠定了基础。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 车辆悬架系统分类及发展

1．2．2 半主动悬架减振器分类及发展

1．2．3 磁流变半主动悬架系统模型综述

1．2．4 半主动悬架系统控制算法综述

1．3 研究目的及内容

1．4 论文结构

第二章 半主动悬架控制器软硬件平台

2．1 汽车控制器开发流程

2．2 ControlBase_VT硬件平台

2．3 ControlBase_VT软件平台

2．4 半主动悬架控制器开发平台

2．5 磁流交减振器驱动电路设计

2．6 本章小结

第三章 汽车半主动悬架系统建模及性能分析

3．1 被动悬架系统数学模型

3．2 半主动悬架系统数学模型

3．3 磁流交减振器模型

3．3．1 磁流变减振器的特性及工作原理

3．3．2 滞环多项式模型理论

3．3．3 减振器特性实验数据采集及分析

3．3．4 减振器滞环多项式建模

3．4 汽车悬架性能指标及仿真分析

3．4．1 汽车悬架性能指标

3．4．2 变阻尼系数悬架性能分析

3．5 本章小结

第四章 基于显式预测控制的半主动悬架仿真

4．1 天棚控制算法

4．1．1 理想天棚控制算法

4．1．2 改进型天棚控制算法

4．2 显式预测控制算法

4．3 显式预测控制优化命题

4．4 基于混杂逻辑动态理论的约束处理

4．4．1 MLD理论的基本原理

4．4．2 优化命题的约束处理

4．5 基于显式预测控制的控制器设计

4．6 控制器仿真及分析

4．7 本章小结

第五章 硬件在环测试

5．1 控制器开发流程及功能性测试

5．2 硬件在环测试方案

5．3 硬件在环测试

5．3．1 控制算法硬件化

5．3．2 对象模型的建立

5．3．2 联合测试及结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果