基于硬件在環(huán)的車(chē)輛半主動(dòng)懸架系統(tǒng)粒子群最優(yōu)控制策略-研究

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1、青島大學(xué)碩士學(xué)位論文制規(guī)律，易于構(gòu)成閉環(huán)最優(yōu)控制。最優(yōu)控制應(yīng)用在車(chē)輛主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)中，可以由不同的性能需要來(lái)提出不同的目標(biāo)函數(shù)，確定相應(yīng)的加權(quán)矩陣，即最優(yōu)控制可以通過(guò)考慮車(chē)輛懸架系統(tǒng)中的各種因素達(dá)到車(chē)輛性能的改善。在半主動(dòng)懸架最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是確定與汽車(chē)平順性和操縱穩(wěn)定性相關(guān)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)系數(shù)【10l，為了使車(chē)輛獲得理想的使用性能，需要合理選擇這些加權(quán)系數(shù)。本文通過(guò)預(yù)先測(cè)量汽車(chē)在不同路況下行駛的振動(dòng)響應(yīng)，采用粒子群算法來(lái)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)

2、與性能分析，并存入半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)ECU中，實(shí)際應(yīng)用中，ECU不斷地檢測(cè)汽車(chē)行駛過(guò)程中的振動(dòng)響應(yīng)，即刻查出對(duì)應(yīng)工況下應(yīng)選的最優(yōu)減振器阻尼系數(shù)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出響應(yīng)?！S著汽車(chē)控制系統(tǒng)的功能不斷增加，汽車(chē)控制技術(shù)也變得越來(lái)越復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的工程試驗(yàn)方法對(duì)汽車(chē)控制系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的周期長(zhǎng)，浪費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，這明顯不能滿足現(xiàn)代汽車(chē)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。硬件在環(huán)仿真作為一種先進(jìn)的仿真技術(shù)，它的出現(xiàn)改變了汽車(chē)控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)手段，通過(guò)硬件在環(huán)系統(tǒng)模擬汽車(chē)的各種運(yùn)行工況，可以對(duì)汽車(chē)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)

3、試和評(píng)估【ll】，為汽車(chē)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提過(guò)了方便快捷的途徑?；谟布诃h(huán)的半主動(dòng)懸架最優(yōu)控制策略研究利用Matlab內(nèi)置的Simulink模塊建立半主動(dòng)懸架的數(shù)學(xué)模型，模擬汽車(chē)的各種運(yùn)行工況；利用CodeWarrior軟件開(kāi)發(fā)粒子群最優(yōu)控制算法；設(shè)計(jì)基于FreescaleXDP512的電控單元并搭建硬件在環(huán)系統(tǒng)，對(duì)粒子群最優(yōu)控制策略的性能進(jìn)行半實(shí)物測(cè)試，加快控制策略的開(kāi)發(fā)過(guò)程、降低開(kāi)發(fā)成本。1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1．2．1半主動(dòng)懸架的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀半主動(dòng)懸架的概念首先由Crosby和Kamopp于t

4、973年提出，Karnopp還提出天棚阻尼控制模型【12】舊和實(shí)現(xiàn)方法。1975年，Margolis等人提出了“開(kāi)關(guān)，’控制㈣的半主動(dòng)懸架，1983年日本豐田汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)了具有3種減振工況的“開(kāi)關(guān)”式半主動(dòng)懸架，并應(yīng)用于ToyotaSoarer280GT型轎車(chē)上。1986年，KimBrough在半主動(dòng)懸架控制方法中引入了Lyapunov方法，改進(jìn)了控制算法的穩(wěn)定性。1988年日本日產(chǎn)公司首次將“聲納”式半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用于Maximas轎車(chē)上，它可預(yù)測(cè)路面信息，懸架減振器有“柔和”、“適中”和“穩(wěn)

5、定”3種選擇狀態(tài)。20世紀(jì)90年代以后，研究的顯著特點(diǎn)是新型智能材料在半主動(dòng)懸架上的運(yùn)用。1994年P(guān)rinkos等人使用電流變和磁流變體作為工作介質(zhì)，研究了新型半主動(dòng)懸架系統(tǒng)。2002年，采用美國(guó)德?tīng)柛?Delphi)公司磁流變減振器的MagneRide半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用在CadillacSeville2第一章引言STS高檔車(chē)上，此懸架系統(tǒng)能根據(jù)行駛情況自動(dòng)改變減振阻尼。從八十年代中后期開(kāi)始，我國(guó)北京理工大學(xué)、重慶大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)等高校在半主動(dòng)／主動(dòng)懸架方面展開(kāi)研究，進(jìn)行了有價(jià)值的探索。1．2

6、．2最優(yōu)控制器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀半主動(dòng)懸架的控制策略幾乎涵蓋了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的各種方法：Crosby和Kamopp提出了著名的天棚阻尼控制模型；Margolis提出了“開(kāi)關(guān)”控制的半主動(dòng)懸架模型；Hubbard等人提出通過(guò)改變彈性元件的剛度來(lái)改善半主動(dòng)懸架性能

7、151，彈性元件剛度的改變主要是通過(guò)使用空氣彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)；KimBrough在半主動(dòng)懸架控制策略中引入了Lyapunov方法，改進(jìn)了控制算法的穩(wěn)定性。此外，地棚阻尼控制策略被證明可以有效降低車(chē)輛．路面動(dòng)態(tài)載荷，提高半主動(dòng)懸架系統(tǒng)車(chē)輛

8、道路友好性。蘭波，喻凡等人把最優(yōu)控制理論運(yùn)用到主動(dòng)懸架的控制策略中【16】，通過(guò)車(chē)輛模型和控制系統(tǒng)的建立，進(jìn)行了線性二次型最優(yōu)控制器的設(shè)計(jì)，并且在輸入路面白噪聲的情況下用Simulink進(jìn)行了模擬仿真，仿真結(jié)果有效地證明了用LQG方法控制的主動(dòng)懸架在改善汽車(chē)的平順性和操縱穩(wěn)定性上有良好的效果。柴玲江等人的基于層次分析法的主動(dòng)懸架LQR控制器設(shè)計(jì)【l71，應(yīng)用最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)了主動(dòng)懸架的LQR控制器，采用層次分析法確定各性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)層次分析法對(duì)加權(quán)系數(shù)的合理選取，主動(dòng)懸架能夠有效地減

9、低車(chē)身振動(dòng)加速度，從而提高乘坐舒適性。王啟瑞等人基于遺傳算法和LQG控制的汽車(chē)半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)的集成優(yōu)化研究對(duì)改善汽車(chē)行駛平順性和提高汽車(chē)行駛安全性具有較優(yōu)的效果【l引。在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究過(guò)程中，已經(jīng)發(fā)表的控制研究方法幾乎涉及到現(xiàn)代控制理論的所有分支。各種方法均有利弊，綜合應(yīng)用各種方法開(kāi)發(fā)系統(tǒng)控制器是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。從目前的研究文獻(xiàn)來(lái)看，單獨(dú)利用某一種控制方法進(jìn)行研究的很少，汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，大多基于“天棚”阻尼控制理論，預(yù)見(jiàn)理論，最優(yōu)控制理論，模糊控制理論和