本文關(guān)鍵詞：客車ECAS車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)混雜模型預(yù)測控制研究　出處：《江蘇大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：電控空氣懸架(ECAS)能夠?qū)崿F(xiàn)懸架系統(tǒng)剛度、阻尼以及車身高度的主動調(diào)節(jié),對于改善車輛在行駛過程中的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性以及燃油經(jīng)濟性都具有重要意義,已成為車輛工程界的研究熱點,其中,車身高度調(diào)節(jié)是ECAS的特色功能之一,系統(tǒng)通過對空氣彈簧進(jìn)行充放氣實現(xiàn)車身高度的主動控制,為車輛綜合性能提升提供了重要的技術(shù)保障。與此同時,為防止因整車載荷分布不均以及前后空氣懸架系統(tǒng)參數(shù)差異而引起車身四角處車高調(diào)節(jié)不同步,從而導(dǎo)致整車姿態(tài)失穩(wěn)現(xiàn)象,車高調(diào)節(jié)過程中的整車姿態(tài)控制也尤為關(guān)鍵。高速開關(guān)電磁閥是ECAS在車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程中用于調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出空氣彈簧內(nèi)空氣質(zhì)量流量的關(guān)鍵部件,系統(tǒng)通過控制電磁閥的開關(guān)狀態(tài)實現(xiàn)多種工作模式間的離散切換,而各工作模式下的系統(tǒng)狀態(tài)更新過程為典型的連續(xù)動態(tài)過程,因此,ECAS車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程具有明顯的混雜動態(tài)特征,可以歸結(jié)為一類典型的混雜系統(tǒng)。針對這一現(xiàn)象,本文提出采用混雜模型預(yù)測控制方法進(jìn)行客車ECAS車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計,以期為進(jìn)一步提升ECAS系統(tǒng)控制性能提供新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。首先,建立了客車ECAS車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)非線性機理模型。對單輪ECAS車高調(diào)節(jié)過程進(jìn)行了分析和總結(jié),基于變質(zhì)量充放氣系統(tǒng)熱力學(xué)理論推導(dǎo)了空氣彈簧在充放氣過程中各主要狀態(tài)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式,結(jié)合車輛系統(tǒng)動力學(xué)原理,完成了客車單輪ECAS車高調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性機理模型的建立。在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步實現(xiàn)ECAS車高調(diào)節(jié)過程中的整車姿態(tài)控制,建立了能夠反映車身俯仰角和車身側(cè)傾角實時變化的客車ECAS整車非線性機理模型。其次,完成了客車ECAS車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程混雜動力學(xué)行為分析。根據(jù)ECAS實際運行特點,將系統(tǒng)工作區(qū)域劃分為多個離散工作模式,結(jié)合各模式之間的躍變條件及電磁閥開關(guān)狀態(tài),建立了反映系統(tǒng)切換行為的離散事件集合,揭示了客車ecas在車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程中連續(xù)動態(tài)過程演化、離散事件躍變以及二者之間的相互作用關(guān)系,為系統(tǒng)混雜模型的構(gòu)建奠定了重要基礎(chǔ)。第三,實現(xiàn)了客車ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)混雜動態(tài)建模。在對系統(tǒng)機理模型中存在的非線性部分進(jìn)行合理線性近似的基礎(chǔ)上,采用混合邏輯動態(tài)方法分別進(jìn)行單輪ecas車高調(diào)節(jié)與整車ecas姿態(tài)控制混雜動態(tài)模型的構(gòu)建�；诿}邏輯對電磁閥開關(guān)動作、分段線性近似邊界條件等離散事件進(jìn)行了準(zhǔn)確描述,通過hysdel語言對ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程中連續(xù)動態(tài)過程與離散事件之間的耦合行為進(jìn)行了有效編譯,最終形成系統(tǒng)混合邏輯動態(tài)模型的規(guī)范形式。第四,設(shè)計了客車ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)混雜模型預(yù)測控制器。為實現(xiàn)車身高度的準(zhǔn)確跟蹤以及整車姿態(tài)的良好控制,同時避免在車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程中電磁閥開關(guān)狀態(tài)出現(xiàn)頻繁切換的現(xiàn)象,基于混雜模型預(yù)測控制理論分別進(jìn)行了單輪ecas車高調(diào)節(jié)和ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)聯(lián)合控制器設(shè)計,通過建立反映系統(tǒng)實際控制要求的目標(biāo)函數(shù),將客車ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制問題歸結(jié)為一類受約束有限時域優(yōu)化控制問題,然后再將其轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二次規(guī)劃問題進(jìn)行求解,從而綜合出有效的ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)混雜模型預(yù)測控制律。最后,進(jìn)行了客車ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)混雜模型預(yù)測控制性能的實車試驗驗證�；诙鄥�(shù)規(guī)劃技術(shù)完成系統(tǒng)混雜模型預(yù)測控制律的顯式表達(dá),解決系統(tǒng)實時控制問題,在此基礎(chǔ)上,利用快速控制原型進(jìn)行控制律的實際實現(xiàn),然后再將其與裝備ecas的實車連接,從而構(gòu)成ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制實車試驗平臺。對實車進(jìn)行車高調(diào)節(jié)試驗,分析車高跟蹤性能以及車高調(diào)節(jié)過程中的整車姿態(tài)控制效果,驗證系統(tǒng)混雜模型預(yù)測控制律的有效性和可靠性。研究表明,所提出的客車ecas車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)混雜模型預(yù)測控制方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)車身高度的有效調(diào)節(jié),車高調(diào)節(jié)精度達(dá)96%,同時還能明顯降低車高調(diào)節(jié)過程中車身俯仰角和車身側(cè)傾角的峰值,下降幅度分別達(dá)39.3%和49.4%,從而有效改善了整車姿態(tài)控制性能。此外,值得指出的是,由于所建系統(tǒng)混雜動態(tài)模型中包含了反映電磁閥離散開關(guān)狀態(tài)的邏輯變量,因此,綜合得到的混雜模型預(yù)測控制律還能實現(xiàn)ECAS車高調(diào)節(jié)與整車姿態(tài)控制過程中電磁閥開關(guān)狀態(tài)的直接控制,從而在此基礎(chǔ)上能夠進(jìn)一步抑制電磁閥開關(guān)狀態(tài)在短時間內(nèi)出現(xiàn)頻繁切換的現(xiàn)象,這是以往研究中所提出的控制方法難以直接實現(xiàn)的功能。研究工作對于提升ECAS控制領(lǐng)域的研究水平、豐富ECAS的研究內(nèi)容具有一定意義。
[Abstract]:In this paper , the nonlinear mechanism model of vehicle ECAS vehicle height adjustment and whole vehicle attitude control is established by controlling the switch state of the electromagnetic valve . In addition , it is worth pointing out that the method not only can realize the effective regulation of the vehicle height , but also can reduce the peak value of the vehicle body pitch angle and the vehicle body side tilt angle in the process of vehicle height adjustment .

【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.33
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本文編號：1372447