基于功能分配的汽車底盤集成系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與穩(wěn)定性分析.pdf

1、汽車是重要的載運工具之一，與人們的生產(chǎn)生活聯(lián)系最為密切。底盤作為汽車的重要總成之一，對改善汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性和安全性等性能具有重要作用。底盤系統(tǒng)由懸架、轉(zhuǎn)向和制動等子系統(tǒng)構(gòu)成，對其施加主動控制作用可以改善汽車的某方面的性能。由于其子系統(tǒng)之間存在相互耦合，對底盤集成系統(tǒng)的優(yōu)化控制帶來了困難，研究者所設(shè)計的控制系統(tǒng)均能從某些方面改善底盤系統(tǒng)的控制性能。如何考慮各子系統(tǒng)間功能區(qū)別，對底盤集成系統(tǒng)各子系統(tǒng)進(jìn)行功能分配且協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計

2、，保證底盤全局控制系統(tǒng)性能最優(yōu)，是當(dāng)前研究的難點。
　　本文針對汽車底盤系統(tǒng)的懸架、轉(zhuǎn)向和制動三個子系統(tǒng)間耦合作用，展開系統(tǒng)建模、子系統(tǒng)控制器設(shè)計和高階懸架控制器模型降階、基于功能分配的集成系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制和穩(wěn)定性分析等方面的研究，并進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真試驗研究。具體為如下幾個方面。
　　1)針對整車懸架系統(tǒng)控制器階數(shù)高、工程上難以實現(xiàn)的問題，建立整車7自由度主動懸架模型，基于最小信息損失模型降階方法對20階主動懸架控制器進(jìn)行

3、降階研究，通過對降階前后主動懸架閉環(huán)控制系統(tǒng)頻域仿真和乘坐舒適性分析表明，20階主動懸架控制器階數(shù)能夠被大大降低且系統(tǒng)狀態(tài)能控能觀信息損失不大。
　　2)在建立汽車懸架與轉(zhuǎn)向耦合動力學(xué)系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，選取偏差與偏差微分作為特征量，建立關(guān)于特征量的可拓集合。根據(jù)關(guān)聯(lián)函數(shù)，劃分經(jīng)典域、可拓域、非域三種測度模式。在不同可拓集合范圍內(nèi)對控制功能進(jìn)行分配，分別設(shè)計對應(yīng)功能控制算法，構(gòu)建基于功能分配的可拓控制器。通過仿真研究結(jié)果表明，基于功

4、能分配的可拓控制可進(jìn)一步全面提高懸架和轉(zhuǎn)向集成系統(tǒng)的控制性能。
　　3)對參數(shù)不確定性和時滯的系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的充分性條件，并對懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。在不同控制方法下，以懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)作為變量，對集成控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，采用可拓控制，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性更佳;增大懸架阻尼、車速、前輪轉(zhuǎn)向角至一定值時，汽車時域響應(yīng)不穩(wěn)定程度增加;改變可拓控制器偏差控制系數(shù)，對集成控制系統(tǒng)性能均有不同程度的影響;不斷增加可

5、拓控制器功能控制系數(shù)，系統(tǒng)各項控制性能會發(fā)生突變而失去穩(wěn)定性。
　　4)針對懸架與轉(zhuǎn)向非線性集成系統(tǒng)，基于偏差分離的雙線性控制、H∞控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計了非線性控制器，基于模糊規(guī)則的人車功能分配模塊協(xié)調(diào)懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制輸出權(quán)重。通過仿真驗證了雙線性控制較H∞控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制，能更好地改善汽車乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性能，同時體現(xiàn)了人車功能分配模塊對進(jìn)一步提升集成系統(tǒng)控制性能的有效性。
　　5)針對汽車底盤懸架、轉(zhuǎn)向、制

6、動子系統(tǒng)耦合動力學(xué)關(guān)系，對懸架子系統(tǒng)設(shè)計非線性H∞控制器，對轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)設(shè)計直接橫擺力矩PID控制器，對制動子系統(tǒng)設(shè)計滑模變結(jié)構(gòu)控制器?；诠δ芊峙湓韺ψ酉到y(tǒng)控制功能進(jìn)行分配，采用博弈論對子系統(tǒng)控制功能指標(biāo)進(jìn)行博弈，模糊規(guī)則實時自整定子系統(tǒng)控制器輸出量以跟蹤期望控制目標(biāo)。對整車協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明基于博弈論的整車協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)較子系統(tǒng)單獨控制、不加控制時能取得更好的控制性能。
　　6)基于NI Compact-cRIO設(shè)計