基于多算法融合的汽车主动悬架预瞄控制研究

作     者：孙玉盾 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓佳

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：主动悬架 算法融合 预瞄控制 仿真分析 路面信息采集 

摘      要：近年来,随着汽车技术飞速的发展,人们对汽车安全和平顺性的要求越来越高。悬架系统的主要功能是保障汽车操纵稳定、衰减不平路面振动冲击。主动悬架在控制理论和电子技术的推动下,逐步替代了参数不随行车工况自主调节的被动悬架。控制策略是决定所设计的主动悬架控制器作用效果优劣的重要因素之一。单一算法的控制器往往不能兼顾不同类型路面的调控;多数控制系统由于不能提前预知前方路面信息而出现控制时滞的现象。针对这两个问题,本文结合模糊控制、PID控制、遗传算法、最优控制和预瞄控制等理论,设计了多算法融合的主动悬架控制器,主要研究内容如下:(1)悬架模型与路面激励模型研究。本文针对半车悬架系统,在Matlab/Simulink中,分别以微分方程和状态空间方程搭建了主动悬架模型;基于滤波白噪声理论和分段函数解析式分别生成了滤波白噪声C级路面、凹坑和梯形路面。为仿真试验研究作了必要的准备。(2)融合算法控制器研究。文首先对PID与模糊控制理论和遗传算法与最优控制理论进行了分析,结合各自算法在实际控制时表现出的优缺点,设计出融合算法的模糊PID控制器和GA-LQR控制器。在此基础上,本文引入了预瞄控制理论,分析了预瞄控制在已设计的主动悬架融合算法控制器上应用的可行性,并结合主动悬架控制系统模型改良了两控制器。(3)实车路面激励信息采集。为了增加试验路面的多样性,使得悬架系统导入的振动激励更接近实际车辆经过不同路面时受到的垂向振动冲击,本文通过IMU测量模块输出的数据对普通沥青路面、沟渠和减速带路面分别进行了激励信号采集。(4)融合算法控制器试验分析。通过导入仿真生成与实车采集的路面激励,所设计的主动悬架控制器,对系统输出参数进行统计分析,对比被动悬架、融合算法控制器、加入预瞄信息改良的控制器对应的系统输出车身垂向加速度、俯仰角加速度、前后悬架动行程、车轮动载荷等评价指标,证实了预瞄融合算法控制器能在多种类型路面激励下保持良好的控制效果,增强汽车平顺性和操纵稳定性。综上所述,本文以半车悬架模型为载体,对车辆悬架系统不同控制器进行试验研究。试验输出评价参数的统计结果显示,相比于被动悬架系统,预瞄改良的模糊PID控制系统在滤波白噪声C级路面激励下对各项指标优化均在20%以上,对车身加速度优化了53.57%,在普通沥青路面激励下对车身加速度、俯仰角加速度和后轮动载荷分别优化了66.51%、49.48%、59.38%;预瞄改良的GA-LQR控制系统在仿真路面激励下车身输出参数优化在15%以上,在实车采集路面激励下车身参数优化在50%以上。因此,所设计的预瞄融合算法控制器能在多种行车工况下有效的提升悬架性能。