汽车空气悬架系统的智能自适应反步递推控制研究

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空气悬架能实现改变车身高度、悬架刚度等作用,能够显著的提高车辆性能,应用前景广阔。车辆在复杂道路行驶时,悬架的控制不能很好地调节车身姿态,导致乘坐人员产生不适。因此,本文以空气悬架系统作为研究对象,针对不同的工况,提出基于自适应反步递推控制的控制策略,同时结合粒子群优化算法进一步提升车辆性能。最后,针对不同的工况与路况进行仿真验证。仿真结果表明,通过本文的控制策略车辆的性能得到提升,车身的俯仰、侧倾运动得到抑制。本文的研究内容如下:(1)对空气弹簧进行特性分析,并推导了其数学公式。为了降低悬架系统模型的复杂度,刚度可调式空气弹簧被等效为可控弹簧力。基于频域与时域模型,建立单轮随机与凸块路面模型,并扩展到两轮与四轮路面,在MATLAB/Simulink中建立仿真模型。建立非紧急制动工况下的半车悬架动力学模型以及低、高速转向工况下的整车悬架动力学模型,并搭建仿真模型。(2)为了在非紧急制动工况下能够抑制车身的俯仰运动,同时又能提高车辆的平顺性与安全性,本文提出了基于粒子群算法优化的自适应反步递推控制策略。其中,本文所提出的自适应反步递推控制能够有效的跟踪参考模型,有效改善车身俯仰角的大小,在改善车辆的平顺性的同时,保证了车辆的安全性。然后采用粒子群算法对自适应反步递推控制的增益参数进行优化,更进一步的提高悬架的各种性能。同时,本文还提出了基于经典PID的控制策略作为对比。最后,在MATLAB/Simulink中进行了仿真实验并对仿真结果进行了分析。仿真结果表明:在随机路面下,本文所提出的控制器的车身俯仰角均方根值改善了96.24%,车身垂直加速度与俯仰角加速度均方根值分别改善了86.57%、90.84%;在凸块路面下,车身俯仰角均方根值改善了90.71%,车身垂直加速度与俯仰角加速度均方根值分别改善了83.24%、80.09%,极大的改善了车辆的俯仰运动。(3)车辆在转向时会产生侧倾运动,为了能够在抑制侧倾运动的同时提高车辆的操纵稳定性、行驶平顺性等性能,本文提出了基于模糊综合反馈与基于粒子群算法的自适应反步递推的联合控制。同时,考虑前、后车轮在低、高速状况下的不同转角,结合不同的路面工况进行仿真验证。最后,比较无控制、单独悬架控制、单独转向控制与联合控制的控制效果,并对仿真结果进行了详细分析。仿真结果表明:在随机路面高速转向工况下,本文所提出的控制器的车身侧倾角均方根值改善了81.73%,车身垂直加速度与侧倾角加速度均方根值分别改善了30.35%、88.91%;在凸块路面低速转向工况下,车身侧倾角均方根值改善了69.69%,车身垂直加速度与侧倾角加速度均方根值分别改善了70.08%、87.08%,极大的改善了车辆的侧倾运动。
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