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基于状态观测器的磁流变半主动悬架控制研究

作　者: 王明海
导　师: 姚嘉凌
学　校: 南京林业大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 半主动悬架 磁流变减振器 天棚控制 状态观测器 CompactRIO
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文建立了1/4以及1/2车辆半主动悬架控制系统的动力学模型；建立滤波高斯白噪声随机路面输入模型,并用Matlab/Simulink仿真得到了典型B级路面时域路面随机信号。设计了Kalman滤波器,来估计悬架的相对速度和绝对速度,为了提高观测器的控制效果,在Kalman滤波器的基础上,设计了滑模观测器。采用天棚控制算法,建立了基于观测器的1/4车辆半主动悬架天棚控制器,仿真结果表明,所设计的Kalman滤波器能较好的估计被控悬架的绝对速度和相对速度,而滑模观测器比Kalman滤波器能更为精确地估计悬架的状态,具有更好的稳定性。同时表明基于观测器的天棚控制比被动悬架具有更好的平顺性和安全性。利用磁流变减振器试验系统,对磁流变减振器进行了特性试验,利用试验数据建立了磁流变减振器的多项式模型及其反模型,为磁流变减振器的开环控制打下了基础。在实验室建立了半主动悬架实时测控试验系统,利用实时控制器NI/CompactRIO作为测控系统的控制核心单元,配置了CompactRIO测控系统,利用了1/4车辆半主动悬架控制试验台,对基于观测器的半主动悬架天棚阻尼控制进行了试验验证。试验表明观测器可以较好的估计悬架的状态,基于观测器的磁流变半主动悬架天棚控制器具有良好的性能。最后,进行了实车道路试验。用磁流变减振器替换普通轿车的前被动悬架减振器,建立了基于NI/CompactRIO的实时测控试验系统,在不同的车速下对改装前后的车辆进行道路试验,试验表明,基于磁流变减振器的天棚控制器能有效的提高汽车行驶的平顺性,可用于实车控制器的开发。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 课题的研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 论文的研究思路及主要研究内容  10-11
第二章 汽车半主动悬架系统的模型研究  11-19
  2.1 悬架系统评价指标  11-12
  2.2 路面输入模型与功率谱  12-15
    2.2.1 路面不平度的功率谱  13-14
    2.2.2 空间与时间频率功率谱密度折算  14-15
  2.3 汽车悬架两自由度动力学建模  15-16
    2.3.1 被动悬架两自由度动力学模型  15
    2.3.2 半主动悬架两自由度动力学模型  15-16
  2.4 汽车半主动悬架四自由度动力学建模  16-18
  本章小结  18-19
第三章 基于观测器的半主动悬架天棚控制设计与实现  19-35
  3.1 路面模型的建立及仿真  19-20
  3.2 天棚阻尼控制算法与仿真分析  20-23
    3.2.1 天棚阻尼控制算法  20-21
    3.2.2 半主动悬架天棚阻尼控制器设计与仿真  21-23
  3.3 状态观测器设计的必要性及原理  23-25
    3.3.1 状态观测器设计的必要性  23
    3.3.2 状态观测器的原理  23-25
  3.4 Kalman滤波器的设计  25-30
    3.4.1 Kalman滤波器的设计  25-27
    3.4.2 Kalman滤波器系数及调整  27
    3.4.3 Kalman滤波器建模仿真  27-30
  3.5 滑模观测器的设计及仿真  30-34
    3.5.1 滑模观测器的设计  31
    3.5.2 滑模观测器仿真验证  31-34
  本章小结  34-35
第四章 磁流变半主动悬架台架试验  35-49
  4.1 磁流变减振器的建模研究  35-39
    4.1.1 试验设备  35-36
    4.1.2 试验方案  36-37
    4.1.3 试验结果分析  37-39
  4.2 半主动悬架实时测控试验系统  39-44
    4.2.1 系统硬件组成  39-43
    4.2.2 测控系统软件  43-44
  4.3 基于状态观测器的天棚控制台架试验  44-48
    4.3.1 试验系统软件设计和数据预处理  44-46
    4.3.2 试验内容及结果分析  46-48
  本章小结  48-49
第五章 半主动悬架实车道路试验研究  49-55
  5.1 道路试验条件  49
  5.2 实车道路试验  49-50
  5.3 试验结果及分析  50-54
  本章小结  54-55
第六章 结论及展望  55-57
  6.1 本文主要研究工作  55-56
  6.2 未来研究展望  56-57
参考文献  57-60
详细摘要  60-62
ABSTRACT  62-63

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 行走系统 > 悬挂
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