路面频率与车辆载荷自适应半主动悬架控制研究

【摘要】悬架系统是影响车辆舒适性与操纵稳定性的关键部件，采用能够根据车辆行驶情况实时调整的半主动悬架是提高车辆性能的一条重要途径。本文旨在设计一款简单、可靠易于实现的半主动悬架系统，该悬架系统还具备以下两个优点：一方面，它能在不同的载荷状态下准确的估计出车辆的相关状态信号，为控制系统提供准确的输入信号；另一方面，它能针对不同的路况自动调整控制参数，提高车辆在不同路况下的性能。本文利用理论分析、仿真分析和实车试验的方法，对半主动悬架控制系统的开发进行了研究，具体工作包括以下几个方面：1)悬架垂向动力学分析。阐述了汽车悬架系统的性能指标和评价方法，并利用简化的车辆模型分析被动悬架系统各参数变化对车辆性能的影响，然后利用方差增益的方法分析了非线性半主动悬架系统的频率响应特性。2)载荷自适应车辆系统状态观测器设计。结合卡尔曼滤波原理，设计了悬架系统的最优状态观测器，并将其推广到整车应用中，仿真结果表明该观测结果能满足控制系统的要求。另外，为减小车辆载荷变化对状态观测信号的精度的影响，利用递推最小二乘算法实现了车辆簧载质量的在线辨识(辨识误差控制在5%以内)，然后设计了能够自适应载荷变化的车辆系统状态观测器，使观测器在不同载荷状态下都具有较高的观测精度。3)路面频率自适应天棚控制逻辑。首先针对不同的路面输入频率段优化改进天棚控制算法中的控制参数，得到各频段上的最优的控制系数，并利用一阶过零穿越算法实现路面输入信号主频的估计，然后根据得到的路面主频实时调整控制参数。仿真结果表明，路面频率自适应天棚算法能在各个路面输入频段上有效提高车辆的性能。4)路面频率与车辆载荷自适应半主动悬架实车试验。为验证系统对车辆载荷变化的自适应效果，分别进行了空载、半载和满载下的脉冲输入试验，并将被动、经典天棚控制和载荷自适应天棚三套悬架系统的试验结果进行对比分析，试验结果表明载荷自适应天棚，能有效提高系统对车辆载荷变化的适应性。为验证系统对路面输入频率变化的适应性，将试验车分别装载经典天棚和频率自适应天棚两套悬架控制系统，分别以柏油路70Km/h、砂石路40Km/h以及土路上10Km/h三种工况进行试验，试验结果表明，路面频率自适应天棚控制系统能更有效的提高车辆在不同路面上的性能。
【作者】余五辉；
【导师】郭孔辉；章新杰；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】半主动悬架；自适应控制；路面辨识；质量辨识；

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