基于电磁阀式减振器的汽车SASS与ESP集成控制研究

论文摘要

随着现代汽车制造和汽车技术水平的快速发展,各种电子控制技术在汽车上的应用越来越广泛,半主动悬架系统（Semi-active Suspension system, SASS）和电子稳定程序（Electronic Stability Program, ESP）的应用大大改善了汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和安全性。为弥补底盘各可控子系统功能范围有限的缺点,对汽车底盘多个子系统进行集成控制以发掘各子系统的功能潜力成为汽车动力学的研究热点。本文首先对SASS和ESP进行深入研究,在此基础上对两系统的集成控制进行了理论分析和试验研究。首先在轮胎非线性特性分析的基础上,建立能反映汽车纵向、侧向和垂向动力学相互作用关系的整车动力学模型,较好地反映底盘悬架、制动和转向等子系统间相互影响关系和轮胎的非线性特性。深入研究一种新型电磁阀式阻尼连续可调减振器的结构与阻尼产生机理,建立较为准确的连续可调减振器复原行程、压缩行程液压与数学模型,分析减振器主要结构参数对阻尼特性的影响,并在单通道电液伺服悬架动态性能试验台进行台架试验,为电磁阀式减振器的设计和工程化提供理论参考。采用H∞控制算法设计侧重于不同控制目标的半主动悬架控制器,提升整车多工况下的综合性能。考虑路面附着系数对轮胎力的限制,提出一种基于纵向合力和横摆力矩计算与分配的汽车稳定性控制方法。采用离线数值优化法实时确定纵向合力和横摆力矩可行域,并将纵向合力和横摆力矩调整到可行域内。采用三层BP网络构造轮胎力逆模型,将纵向合力和横摆力矩动态分配至车轮,在保证精度的前提下避免了对后轮侧向力的估计,可较好地跟踪横摆角,提高轨迹保持能力,改善低附着路面对汽车稳定性的影响,并进行基于LabVIEW PXI和veDYNA的汽车ESP驾驶员在环试验验证。针对汽车SASS与ESP子系统间的集成控制问题,提出一种功能分配协调控制方法。上层功能分配控制器根据汽车工况及当前工况下的主要控制目标的变化,利用模糊推理方法确定汽车工况与底层子系统功能分配系数间的关系,得到各子控制器的输出权重；对底层ESP和SASS子控制器的初始功能分配系数进行调节,对子系统中某些功能进行加强或削弱,达到提升当前工况下整车性能最优的目标,同时也提高子系统工作效率,降低底层控制器设计难度。基于ARM7开发平台进行SASS控制系统软硬件设计,并进行基于CAN总线进行信号共享、传输和控制指令传送的上层功能分配协调控制器开发。最后装车进行SASS系统道路试验和SASS与ESP两系统集成控制实车试验研究,验证控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车底盘集成控制系统研究
• 1.1.1 汽车底盘集成控制研究的必要性
• 1.1.2 汽车底盘集成控制的研究现状
• 1.1.3 SASS系统研究现状
• 1.1.4 ESP系统研究现状
• 1.1.5 汽车SASS与ESP系统集成控制研究现状
• 1.2 研究目的与课题来源
• 1.3 研究的主要内容与创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 创新点
• 第二章 汽车整车动力学建模
• 2.1 引言
• 2.2 非线性轮胎模型及特性分析
• 2.2.1 Magic Formula修正模型
• 2.2.2 轮胎纵向力特性
• 2.2.3 轮胎侧向力特性
• 2.2.4 联合工况下轮胎纵侧向力特性
• 2.3 整车非线性动力学建模
• 2.3.1 车辆坐标与运动姿态
• 2.3.2 建模假设与简化
• 2.3.3 整车动力学建模
• 2.3.4 仿真与结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 电磁阀式减振器建模仿真与参数影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 电磁阀式减振器工作原理与结构分析
• 3.2.1 普通双筒式减振器
• 3.2.2 电磁阀式减振器
• 3.3 电磁阀式减振器动力学建模及参数影响分析
• 3.3.1 复原行程建模
• 3.3.2 压缩行程建模
• 3.3.3 仿真与结果分析
• 3.3.4 主要参数对阻尼特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 电磁阀式减振器台架试验与SASS控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 电磁阀式减振器台架试验研究
• 4.2.1 试验方案
• 4.2.2 试验结果与分析
• 4.3 电磁阀式半主动悬架控制系统设计
• ∞控制器设计'>4.3.1 侧重不同控制目标H_∞控制器设计
• 4.3.2 行驶工况量化
• 4.3.3 权重系数
• 4.3.4 仿真与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于合力计算与分配的汽车ESP控制研究
• 5.1 前言
• 5.2 三自由度车辆模型
• 5.3 控制系统设计
• 5.3.1 纵向合力与横摆力矩计算
• 5.3.2 纵向合力与横摆力矩可行域
• 5.3.3 纵向合力与横摆力矩分配
• 5.3.4 滑移率和侧偏角控制器
• 5.4 仿真与结果分析
• 5.5 基于LabVIEW与veDYNA的汽车ESP驾驶员在环试验
• 5.5.1 驾驶员在环试验台搭建
• 5.5.2 试验与结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于功能分配的汽车SASS与ESP集成控制研究
• 6.1 引言
• 6.2 SASS与ESP功能分配控制器
• 6.2.1 底层SASS与ESP子系统控制器
• 6.2.2 上层功能分配控制器
• 6.2.2.1 功能分配机制
• 6.2.2.2 功能有效工作区域
• 6.2.2.3 功能需求分析
• 6.2.2.4 功能分配系数
• 6.3 仿真与结果分析
• 6.3.1 匀速直线行驶工况
• 6.3.2 制动工况
• 6.3.3 转向工况
• 6.3.4 转向制动工况
• 6.4 本章小结
• 第七章 实车试验
• 7.1 引言
• 7.2 基于ARM7的电磁阀式半主动悬架控制系统设计
• 7.2.1 SASS控制系统硬件设计
• 7.2.1.1 硬件原理结构
• 7.2.1.2 信号调理及通信电路
• 7.2.1.3 SASS控制系统ECU硬件原理图和实物图
• 7.2.2 SASS控制系统软件设计
• 7.2.2.1 CodeWarrior IDE集成开发环境
• 7.2.2.2 软件总体结构
• 7.2.2.3 子程序实现
• 7.3 基于ARM7的SASS与ESP上层功能分配协调控制系统设计
• 7.3.1 控制系统硬件设计
• 7.3.2 控制系统软件设计
• 7.4 实车试验
• 7.4.1 试验仪器与设备
• 7.4.2 SASS控制系统实车试验
• 7.4.2.1 试验方法
• 7.4.2.2 试验结果与分析
• 7.4.3 SASS与ESP两系统集成控制试验
• 7.4.3.1 试验方法
• 7.4.3.2 试验结果与分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参与的项目和获奖