汽车电控悬架和电动助力转向系统的协调控制研究

论文摘要

电控悬架和电动助力转向系统是汽车底盘中两个重要的子系统。电控悬架系统可以有效的衰减由于路面不规则引起的冲击,时刻保持轮胎与路面的接触,抑制车身姿态变化,提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。电动助力转向系统与机械助力转向系统相比,结构简单、能耗低、清洁环保,能使汽车在转向工况下获得良好的转向灵敏性和操纵稳定性。然而,这两个电控子系统的简单叠加,并不能使汽车的整体性能获得最优。本文从系统工程学的角度,深入分析和研究悬架系统和转向系统之间存在的内在联系和相互影响,在单个子系统控制策略研究的基础上,提出两个子系统的协调控制思想,并设计协调控制器,旨在为电控悬架和电动助力转向集成控制系统的技术开发奠定理论基础。全文的主要工作如下:1.建立了汽车电控悬架系统动力学模型。研究了电控悬架系统的模糊逻辑控制方法,设计了模糊控制器,在MATLAB/Simulink中建立仿真框图,对控制效果进行了时、频域仿真评价。2.建立了电动助力转向系统的动力学模型。研究了电动助力转向系统H∞鲁棒控制方法,设计了H∞鲁棒控制器,对电动助力转向系统的H∞鲁棒控制进行了仿真评价。3.建立了电控悬架和助力转向系统的联合模型,提出了基于状态识别的协调控制思想,将两个子系统控制器按照一定的协调规则组合在一起,设计了协调控制器。对协调控制效果进行了仿真评价。4.采用ADAMS多体系统动力学分析软件,建立了包含麦弗逊独立前悬架、斜置式独立后悬架和电动助力转向系统的ADAMS整车虚拟样机模型。将整车虚拟样机模型导入到MATLAB/Simulink控制程序中,实现了MATLAB/Simulink和ADAMS的联合仿真,进一步确认了协调控制器设计的有效性。研究结果表明:基于状态识别的协调控制器设计是有效的,它平衡了电控悬架和电动助力转向系统在控制目标上的不一致性,使汽车在转向工况下的操纵稳定性、转向灵敏性和行驶平顺性同时获得了改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 悬架系统的研究
• 1.1.1 悬架的结构与功能
• 1.1.2 悬架的性能评价
• 1.1.3 电控悬架系统的发展现状
• 1.2 电动助力转向系统的研究
• 1.2.1 电动助力转向系统的结构和原理
• 1.2.2 电动助力转向系统的性能评价
• 1.2.3 电动助力转向系统的发展现状
• 1.3 集成控制的研究
• 1.3.1 集成控制的必要性
• 1.3.2 集成控制的发展现状
• 1.4 本文研究的目的和意义
• 1.5 本文的研究内容
• 2 电控悬架系统动力学模型与控制
• 2.1 电控悬架系统模型的建立
• 2.1.1 整车动力学模型
• 2.1.2 路面模型
• 2.1.3 状态方程
• 2.2 模糊控制器设计
• 2.2.1 模糊控制简介
• 2.2.2 模糊控制器的结构
• 2.2.3 模糊控制器设计
• 2.3 MATLAB/Simulink 仿真的结果和分析
• 2.4 本章小结
• 3 电动助力转向系统的动力学模型与控制
• 3.1 转向系统模型的建立
• 3.1.1 电动助力转向系统模型
• 3.1.2 转向运动模型
• 3.1.3 电动机模型
• 3.1.4 转向侧偏力模型
• 3.1.5 状态方程
• 3.2 鲁棒控制器设计
• 3.2.1 鲁棒控制简介
• 3.2.2 鲁棒控制器设计
• 3.3 MATLAB 仿真和结果的分析
• 3.4 本章小结
• 4 电控悬架和电动助力转向系统的协调控制
• 4.1 整车动力学模型
• 4.1.1 悬架模型
• 4.1.2 轮胎模型
• 4.1.3 路面模型
• 4.1.4 电动助力转向模型
• 4.1.5 电动机模型
• 4.1.6 系统的状态方程
• 4.2 协调控制器设计
• 4.3 MATLAB 仿真和结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 ADAMS 整车虚拟样机与联合仿真
• 5.1 ADAMS 简介
• 5.2 整车虚拟样机
• 5.2.1 建立坐标系
• 5.2.2 麦弗逊悬架模型
• 5.2.3 转向系统模型
• 5.2.4 整车模型
• 5.3 轮胎与路面模型
• 5.3.1 轮胎模型
• 5.3.2 路面模型
• 5.4 仿真结果
• 5.4.1 ADAMS 动力学仿真
• 5.4.2 ADAMS 和MATLAB 联合仿真
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作展望及建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录