【摘 要】
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悬架作为汽车底盘重要的系统之一,直接影响整车的平顺性与操稳性。智能电动车辆的发展,以及车辆行驶工况复杂的多变性,使得对悬架系统的性能要求越来越高,传统悬架难以满足日益发展的需求。因此,主动悬架一直以来始终是汽车智能底盘系统研究的热点之一。主动悬架的各元器件在使用过程中随着时间的增长会出现系数参数发生摄动甚至故障的情况,严重影响悬架的正常工作与各项性能。鲁棒控制具有对参数扰动不敏感且能保证系统稳定性
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悬架作为汽车底盘重要的系统之一,直接影响整车的平顺性与操稳性。智能电动车辆的发展,以及车辆行驶工况复杂的多变性,使得对悬架系统的性能要求越来越高,传统悬架难以满足日益发展的需求。因此,主动悬架一直以来始终是汽车智能底盘系统研究的热点之一。主动悬架的各元器件在使用过程中随着时间的增长会出现系数参数发生摄动甚至故障的情况,严重影响悬架的正常工作与各项性能。鲁棒控制具有对参数扰动不敏感且能保证系统稳定性的优势,容错控制能使控制系统性能指标在完好无故障或故障情况下均能满足要求。因此,针对上述问题,对主动悬架系统进行鲁棒和容错控制是提高悬架动力学特性的有效途径。本文针对汽车主动悬架在使用过程中出现的作动器故障以及参数摄动,对主动悬架故障作动器进行故障检测与诊断,并对故障主动悬架进行补偿容错控制和鲁棒容错控制策略研究。论文的主要研究内容如下:(1)介绍了悬架的性能评价方法,提出将容错性纳入悬架评价方法中;基于二自由度1/4车辆模型和随机路面模型,在不考虑各部件故障的情况下设计了基于层次分析法的主动悬架自适应LQG控制器,并进行了仿真分析。分析结果表明,基于层次分析法的主动悬架自适应LQG控制效果更好,可改善车辆的乘坐舒适性。(2)建立了主动悬架作动器故障模型,基于卡尔曼滤波原理设计了车辆状态估计器,对车辆状态进行实时估计,提取悬架故障前后的残差信息。结合状态估计器对车辆状态的估计与故障诊断结果,提出了基于残差理论的主动悬架作动器故障补偿容错控制方法,并进行了仿真分析。分析结果表明:设计的状态估计器对作动器的故障检测效果良好,所提的控制力补偿容错方法能够很好地补偿作动器损失的控制力,使故障悬架恢复正常状态,提高主动悬架的可靠性。(3)针对二自由度1/4车辆模型,基于H2/H∞状态反馈控制率设计了正常H2/H∞状态反馈控制器。针对汽车主动悬架同时存在参数摄动和作动器故障等不确定性情况,构建了基于线性分式变换的具有参数摄动的故障主动悬架模型。运用线性矩阵不等式方法推导和设计了基于H2/H∞的主动悬架鲁棒容错控制器,并进行了仿真分析。研究结果表明:相比正常H2/H∞状态反馈控制,设计的鲁棒容错控制器使得悬架系统对故障具有一定的鲁棒性,能改善汽车的乘坐舒适性,保证主动悬架系统的安全性。
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