基于DSP的汽车半主动悬架控制器的研究

论文摘要

随着汽车结构和功能的不断改进和完善,研究汽车振动,设计新型电控系统从而将汽车振动控制到最低水平已经成为提高现代汽车品质的重要措施。半主动悬架由于其自身的优点,性价比较高,必将是今后悬架系统的主要发展方向。研究性能可靠,调节方便的可调阻尼减振器和算法简单有效的控制策略将是半主动悬架走向大众的必经之路。半主动悬架根据汽车行驶状态的动力学要求,通过改变减振器的节流口面积或调节节流阀开度来调节液力减振器的阻尼,以改善悬架的振动特性,主要采用调节减振器的阻尼系数法。近年来随着电子技术、微机控制技术以及现代控制理论的发展,对汽车悬架的最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络控制等的研究不仅在理论上取得令人瞩目的成绩,同时已开始应用于实际汽车悬架生产当中。在我国,模糊控制理论的研究始于1979年,它是一种模仿人类思维推理方式的智能控制方法,其控制方式简单,不需要建立复杂的数学模型,使用语言变量来代替数字变量。其控制过程是由人的大量相关的控制经验和知识组成的。模糊控制的这种优点特别适合于不同路面不平度、不同行驶车速及各种复杂工况下工作的车辆悬架系统控制。由于DSP运算速度快,并且片内资源丰富,因此基于DSP的半主动悬架控制器具有控制精度高,系统响应快,能满足较复杂的控制算法和实时控制的要求,且价格便宜。因此,本系统采用输出反馈的模糊控制策略,且采用高性能的DSP处理器,不但能够满足半主动悬架控制的精度和速度需求,还能使控制规律相对简单,且能降低成本。本文介绍的半主动悬架控制器,能显著改善汽车的平顺性和操纵稳定性,从而提高驾驶的舒适性。本文设计的控制器的ECU使用的是美国德州仪器公司(TI)生产TMS320X系列的数字信号处理器(DSP)。文中基于数字信号处理器(DSP)的半主动悬架控制系统充分利用了DSP周边接口丰富、运算速度快的特点,使所设计的系统硬件简单,系统结构紧凑,具有良好的动态和静态特性。控制算法采用模糊控制,使控制程序的有效性得到提高,且能降低成本。论文对半主动悬架控制系统的工作原理进行简要介绍,描述了该系统的各个功能模块,并对其进行了系统动力学建模,得到被控对象的状态空间模型。并对控制器的硬件和软件系统的设计进行了阐述。重点在于悬架控制的仿真模型建立,DSP控制器硬件电路设计,以及模糊控制的程序编写。论文的主要内容有:(1)回顾半主动悬架的发展历程,并对国内外的半主动悬架产品进行了介绍、比较,对国内外的理论研究成果进行总结概括。(2)通过分析半主动悬架系统的总体结构,进行动力学建模与仿真,同时对基于DSP的悬架系统控制器的控制算法进行研究。(3)设计并制作基于DSP芯片的半主动悬架系统的硬件控制器,进行原理图和pcb图绘制,电路板的焊接,并初步调试电路板。(4)对半主动悬架系统控制器的相关软件进行模块化设计,并进行程序可靠性分析,对控制算法的有效性进行验证。(5)对试验结果进行分析,进而对控制系统的设计进行适当修正和改进。对整个研究过程进行总结,并得出最终结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 汽车悬架
• 1.2 减振器的发展
• 1.3 汽车悬架的研究现状
• 1.4 本课题的研究内容
• 2 半主动悬架的模型建立与仿真
• 2.1 车体模型
• 2.2 路面谱
• 2.3 1/4车体模型仿真
• 3 半主动悬架控制策略仿真
• 3.1 悬架控制策略的研究与发展
• 3.2 可调阻尼减振器
• 3.3 模糊逻辑控制器设计
• 3.4 半主动悬架仿真结果
• 4 半主动悬架控制器
• 4.1 半主动悬架控制器的组成
• 4.2 控制器芯片选择
• 4.3 控制器电路
• 4.4 控制器信号采集电路
• 4.5 控制电路
• 4.6 电路板设计
• 5 悬架控制器的软件设计
• 5.1 软件系统开发环境CCS2.2
• 5.2 系统初始化程序模块
• 5.3 AD采样程序设计
• 5.4 ADC精度校正程序模块
• 5.5 主程序模块
• 5.6 中断服务子程序程序模块
• 5.7 驱动程序
• 5.8 模糊推理程序设计
• 5.9 软件抗干扰程序
• 6 半主动悬架控制器试验及结果分析
• 6.1 电路及控制程序的试验验证
• 6.2 控制器系统试验验证
• 7 结论与展望
• 7.1 本文的贡献与主要结论
• 7.2 未来的研究工作展望
• 8 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文