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基于磁流变阻尼器的主动空气悬架车身姿态控制策略研究.pdf

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摘要

随着工业革命的进步与科学技术的迅猛发展、高品质高安全性的

汽车在生活中的影响力日益突出,而悬架系统性能优劣将直接突出影

响乘坐舒适性、操纵稳定性及安全性。磁流变阻尼器是新型的一种集

动态响应快、造价低及强非线性等优点于一身的智能减振装置,而建

立一个数学模型能够准确描述空气弹簧和磁流变液阻尼器

(MagnetorheologicalFluidDampers,MRD)的高度非线性动力学特性,

并构建相应的数学模型和制定合适的悬架控制策略是MRD悬架系统

研究的关键问题之一,特别是考虑到在行驶高度调节过程中空气弹簧

和MRD的可变刚度、滞后性和不确定性。此外,伴随车辆内的负载

不确定变化,可能会引发导致车辆簧载质量的共振峰的位移变化,进

而影响悬挂系统的动态响应和乘客的乘坐舒适性。针对以上问题,本

文提出了一种基于鲁棒自适应神经网络的全新控制框架,并进行了数

值仿真分析与深入研究,主要工作内容如下:

(1)对选用的磁流变阻尼器进行了建模分析与动力学性能试验。

其具体包括为获取MRD的动力学特性,建立了改进的双曲正切力学

模型;此外,基于该模型搭建了一种动力学性能测试试验平台并对c38

型号进行性能测试,同时分析比较了MRD在不同工况下结合RBFNN

逼近器的阻尼性能,在0(A)下时能将逼近误差控制在20(N)的范围内,

为进一步后续动力学模型及控制器的设计提供数据基础。

(2)针对空气悬架系统模型确立系统状态方程。其具体包括建立

了四分之一车辆磁流变阻尼器主动悬架模型和整车磁流变阻尼器主

动空气悬架模型,并在MATLAB/Simulink工作环境中搭建了相应的

数学机理模型;为了验证路面状况对悬架系统带来的影响,论述了随

机路面模型并在MATLAB/Simulink工作环境中搭建了数学机理模型;

从车身加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷、响应时间四个方面分别进

行分析,简单阐述了悬架系统的性能指标的评价体系,为后续建立控

制算法的结果对比奠定了基础。

(3)对非线性、参数变化和时滞时变输入一体的系统分析了对四

分之一车辆主动空气悬架控制算法性能的影响。详细论述了在本文控

制目标下对设计悬架系统进行了系统描述及问题分析;设计了一种基

于径向基神经网络网络的自适应反步递推控制算法,并利用AMESim

软件中二次开发程序和车辆工厂搭建了车辆模型;为了验证所提出的

基于磁流变阻尼器的主动控制系统与控制策略的有效性,在

MATLAB/Simulink平台搭建并对所设计的控制器进行性能验证。结

果表明,本文所设计的基于RBF网络的自适应反步递推控制算法的

控制效果较混合模型预测控制器(HybridModelPredictiveController,

HMPC)的控制效果在各阶段1的均方根值和响应时间上更好更稳定。

(4)基于四分之一车辆模型及控制策略的研究,考虑四角间的耦

合和协同控制作用,更全面地分析整车汽车的运动规律;搭建了基于

AMESim与MATLAB/Simulink的联合仿真平台来验证整车系统四角

处车身姿态位置与控制策略的有效性。结果表明,基于RBF网络的

自适应反步递推控制算法的控制效果较HMPC的控制效果更好更稳

()

定,且能够在执行器迟滞输入最大范围的基础上提高1.6ms,从而

保证车身的侧倾运动,提高车辆的操纵稳定性、行驶安全性。

关键词:主动悬架;磁流变阻尼器;神经网络;自适应反步递推控制;

联合仿真

Abstract

Withtheprogressoftheindustrialrevolutionandtherapid

developmentofscienceandtechnology,theinfluenceofhighqualityand

highsafetyautomobilesinlifeisbecomingmoreandmoreprominent,and

th

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