汽车主动悬架控制方法的研究

论文摘要

车辆主动悬架自出现以来,一直受到很高的关注,因为悬架性能的好坏直接影响到乘坐的舒适度和驾驶的安全性。人们对汽车舒适度的要求越来越高的同时,必然促进了汽车主动悬架控制方法的研究。即使物理结构相同的悬架,不同的控制方法也会带来不一样的控制效果。由于悬架系统的复杂性,参数的时变性,以及和路面干扰关系密切等因素,都使汽车主动悬架控制方法的研究和改进工作一直没有停止过,本文的研究工作正是在这样的背景下展开的。本文共分为四章,第二章对悬架系统涉及的车辆模型和路面干扰模型都展开了深入的研究。汽车模型基本分为7DOF(Degree of Freedom)的整车模型, 4DOF的1/2车辆模型和2DOF的1/4车辆模型。根据研究问题的侧重点选择合适的模型非常重要,本文采用2DOF的1/4车辆模型,主要研究车辆垂直方向受到的路面的干扰对悬架系统的影响。同时也给出了两类路面干扰模型和它们的仿真结果,即描述连续激励的白噪声路面干扰模型和描述离散冲击的bump路面干扰模型。第三章讨论了PID控制器的设计,并分别针对白噪声路面干扰模型和bump路面干扰模型进行时域和频域仿真研究。第四章重点讨论了约束MPC(Model Predictive Control )控制器的设计以及求解过程,给出了一种保证稳定性的主动悬架MPC算法,将车身垂直方向的加速度和悬架的动行程以及轮胎的动挠度都作为优化指标的一部分,在满足悬架动行程和控制力大小约束的前提下,提高汽车的乘坐舒适性。最后,分析了约束MPC控制器预测时域大小对控制效果的影响,以及优化指标中权重系数对控制效果的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 主动悬架控制研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 本文研究内容和组织结构
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 本文组织结构
• 第2章 车辆悬架系统的建模与特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 车辆模型
• 2.2.1 悬架的物理结构
• 2.2.2 车辆悬架建模
• 2.3 路面干扰模型
• 2.3.1 冲击的干扰模型
• 2.3.2 白噪声干扰模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 主动悬架的PID控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 PID控制器的设计
• 3.3 仿真及结果分析
• 3.3.1 仿真结果
• 3.3.2 频域分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 主动悬架的约束控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 模型的离散化及约束条件
• 4.3 主动悬架的MPC控制器设计
• 4.4 约束MPC问题求解
• 4.5 仿真研究
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢