基于磁流变减震器的汽车半主动悬架系统H2最优控制

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1、基于磁流变减震器的汽车半主动悬架系统H2最优控制(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：汽车工程系工程领域：车辆工程申请人：薛兵指导教师：危银涛研究员二○一七年五月H2OptimalControlofVehicleSemi-ActiveSuspensionBasedonMRDamperThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofVehicleEngineeringbyXueBing(VehicleEngine

2、ering)ThesisSupervisor:ProfessorWeiYintaoMay,2017摘要摘要汽车的平顺性和操纵稳定性一般由车身加速度、悬架动挠度、轮胎变形量作为性能指标。汽车在不同的运行工况下，对行驶平顺性和操纵稳定性有着不同的需求，因此要求悬架系统的动力学特性能够随运行工况的改变而改变；另外，为了对路面扰动进行最佳的振动隔离，要求悬架系统的阻尼力能够随各状态参数的变化实时调整。传统的被动悬架由于其固定的动力学特性，无法满足以上需求。基于磁流变减震器的半主动悬架系统，可以根据汽车运行工况和悬架系统状态参数以及三个性能指标的权重实时输出最佳阻尼力，能够适应不同的行驶

3、工况，获得期望的最佳的平顺性和操纵稳定性。本文开展磁流变减震器的统一建模与最优控制方法研究，主要内容与成果包括：第一，分析了磁流变减震器的结构特点和工作原理，为了便于开发半主动悬架控制器，建立了基于机理的统一参数的磁流变减震器滞回特性魔术公式模型，通过对磁流变减震器进行运动学和流变学分析，将减震器的作用力分为剪切项、粘性项、摩擦项、弹性项和惯性项。对于其中表征磁流变液特性的剪切项使用魔术公式描述磁流变液的Bingham塑性流体行为，变化魔术公式中的系数可以适应不同使用工况，达到精度和适应性的统一，并与实验数据进行比较，验证了模型准确性。第二，建立了低通路面速度白噪声输入下二自由

4、度悬架系统的动力学模型的H2最优控制算法,设计了最优状态观测器以获得悬架系统状态变量和路面输入。建立半主动悬架H2最优控制系统的Matlab/Simulink模型，验证了算法有效性。在时域和频域对比分析了半主动悬架系统和被动悬架系统的特征，并得到车身加速度、悬架动挠度、轮胎变形量在不同权重下均方根值的MAP。第三，基于ST公司的STM32F4系列微控制芯片，开发了半主动悬架系统控制器。基于TI公司DRV8312驱动芯片，设计了磁流变减震器线圈驱动电路PCB。另外利用SimulinkEmbeddedCoder代码生成功能以及FTDI串口调试工具，对控制器进行处理器在环（PIL）试

5、验，验证控制器功能。第四，设计半主动悬架测试工装和半主动悬架控制系统台架试验方案，为实验研究H2最优控制策略的半主动悬架打下了基础。关键字：半主动悬架；磁流变减震器；H2最优控制；控制器开发;台架试验IAbstractAbstractTheridecomfortandhandlingofvehiclearemainlyjudgedbysprungmassacceleration,suspensionrattlespaceandtiredeflection.Ridecomfortandhandlingarevalueddifferentlyundervaryingworkingc

6、onditionsofvehicle,sothedynamicsofsuspensionsystemissupposedtochangeunderdifferentcircumstances.Besides,tobetterisolateorattenuatethevibrationofcarbodyfromroaddisturbanceandkeeproadholding,thedampingforceofthesuspensionsystemisexpectedtovarywiththestatevariableofthesuspensionsysteminreal-tim

7、e.Thesemi-activesuspensionsystembasedonmagneto-rheologicaldampercanvaryitsdampingforcebasedonworkingconditions,suspensionstatevariablesandtheweightofthethreeperformanceindexestoacquiretheoptimalridecomfortandhandling.Thethesisisorganizedinanorderas