汽车双叉臂式ECAS车高调节建模与控制算法研究

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在汽车上,空气弹簧一般与双叉臂式悬架搭配组成电控空气悬架(ECAS)。汽车双叉臂式ECAS除本身因变刚度特性具有良好的隔振能力外,还可以通过充放气操作实现车身高度的自适应调节,达到改善车辆燃油经济性、操纵稳定性和通过性的目的。然而目前汽车双叉臂式ECAS车高调节系统仍然存在建模精度不够、车高调节易发生振荡等问题。本文以汽车双叉臂式ECAS为研究对象,在完善车高调节模型、提高车高调节精度和降低控制算法计算量方面展开研究,主要研究工作如下:(1)针对汽车双叉臂式ECAS车高调节模型忽略了双叉臂悬架几何结构与运动学影响,导致模型与实际误差大的问题。首先根据热力学理论推导了空气弹簧充放气机理模型,并结合基于运动学分析和动力学建模得到的双叉臂式空气悬架动力学模型,构建了汽车双叉臂式ECAS车高调节模型。然后,根据此模型定量分析了双叉臂悬架运动学与几何结构对车高调节的具体影响。最后,通过1/4悬架测试试验台和Simulink-Adams联合仿真进行验证,结果表明车高调节模型的精度得到有效提高。(2)针对车高调节系统因为具有强非线性和易受路面干扰影响的特点,导致调节车身高度时易产生振荡的问题,提出了一种双回路控制器,即基于扩张状态观测器的模型预测主控制器与模糊PID辅助控制器。首先利用扩张状态观测器对模型线性化误差和路面干扰进行观测,在此基础上主控制器进行优化控制,最后辅助控制器进行及时补偿,实现了车高调节精度的提高与振荡的抑制。四种车高调节模式下的仿真表明,双回路控制器不仅可以有效调节车身高度,还实现了对车身加速度和电磁阀开闭状态的有效控制。(3)针对动态调节车身高度时,如何在保持控制精度情况下降低车高调节控制算法计算量的问题,提出了基于事件触发策略的双回路控制器。通过算法复杂度理论分析,明确了车高调节算法的计算量主要取决于模型预测控制。然后,引入事件触发策略,根据触发条件判断模型预测控制优化计算与否。最后,通过静态和动态的车高调节仿真,以控制精度和触发次数为评价指标,验证了基于事件触发策略的双回路控制器的有效性。
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