减轻晕车发病率的汽车主动悬架与制动联合控制研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yange20092009
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随着全球汽车保有量的逐年递增,以及自动驾驶技术逐渐普及,晕车问题日益突出。车辆行驶过程中前后轴路面输入激励差异会引起车辆不同频率的俯仰振动,而一般乘用车的俯仰振动固有频率是1.1Hz左右,高级轿车甚至会低于1Hz,这就造成了车辆俯仰振动的会在固有频率附近被放大。再加上驾驶员的加速制动操作也会导致产生的俯仰振动,尤其是车辆在制动后期时的“抬头”回弹,相当于给车辆做了一次敲击强迫振动,其俯仰振动频率就是车身的俯仰振动固有频率。根据众多研究运动病问题的文献研究总结,造成晕车问题的一个重要因素就是车辆的低频俯仰振动,0.1-0.5Hz为公认晕车频率,但超过该频段的振动也会导致晕车问题,在0.8-2Hz区间内的俯仰振动对晕车问题影响最为明显。车辆的传统悬架对俯仰振动的改善空间有限,因此本文首先引入了主动悬架来控制车辆的低频俯仰振动,其次制动控制是导致制动工况后期产生了容易致晕车的“抬头”振动,因此本文进一步提出非紧急制动状态下联合制动系统为主动悬架控制做辅助控制来解决制动工况后期俯仰振动的思路。首先,本论文进行了制动系统与主动悬架系统集成动力学建模,进一步还建立了路面输入模型和轮胎模型。其次设计了模糊自适应PID主动悬架控制算法,Simulink仿真结果表明本文设计的模糊自适应PID控制下的主动悬架对比被动悬架,在制动过程的各个阶段对俯仰振动的控制效果都很明显,尤其在制动后期的悬架回弹方面几乎直接消除了回弹“抬头”,从俯仰角加速度低频加权均方根植评价来看模糊自适应PID控制方法相对被动悬架降低了96.69%,基本上抵消了制动过程的俯仰振动,减轻了俯仰振动引起的晕车发病率。随后,本文从动力学角度解构制动后期的车身俯仰振动,发现若在制动后期单纯对制动力矩进行余弦衰减也可以减小制动后期的车身低频俯仰振动。加入本文提出的余弦衰减制动控制后,仿真验证结果表明,从俯仰角加权加速度均方根植来看,余弦衰减制动控制相对无制动控制衰减了57.64%,协同主动悬架和余弦衰减制动控制相对无控制衰减了98.33%,且对制动距离影响为0.15%可控在10cm以下不影响非紧急制动状态的制动安全性。最后,搭建了基于NI设备的LabVIEW和Carsim硬件在环联合仿真平台。并利用该平台训练了基于BP的驾驶员制动意图识别神经网络,可通过驾驶员的制动行为识别驾驶员制动意图,为本文提出的协同控制策略应用场景进行明确定位,制动控制只在非紧急状态生效。将协同主动悬架和制动控制程序编译成实时控制器可运行LabVIEW程序后仿真。整套系统运行流畅,且结果表明在常规制动工况中表现和Simulink仿真的结果吻合,且不影响紧急制动的安全。因此,本文提出的主动悬架与制动控制联合控制方案不仅从理论上可以衰减易导致晕车的低频俯仰振动,减轻晕车发病率,且具有实际应用的拓展能力。
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