耦合工況下的空氣懸架車高觀測(cè)和控制算法研究結(jié)題摘要

項(xiàng)目針對(duì)空氣懸架系統(tǒng)在路面激勵(lì)和充放氣過程耦合作用下的車高控制問題，開展了耦合工況下的車高觀測(cè)和控制算法研究。 首先，分別建立了路面激勵(lì)和充放氣過程單一工況下的空氣懸架非線性模型，以空氣彈簧壓力梯度方程為契合點(diǎn)，將空氣懸架系統(tǒng)的非線性振動(dòng)模型和充放氣非線性模型進(jìn)行聯(lián)立，得到了空氣彈簧內(nèi)部壓力梯度統(tǒng)一方程，通過統(tǒng)一方程可以同時(shí)體現(xiàn)出路面激勵(lì)和充放氣過程耦合作用對(duì)空氣彈簧內(nèi)部壓力影響； 進(jìn)而，基于得到的統(tǒng)一方程，將表征車身高度的懸架靜平衡位置推導(dǎo)為狀態(tài)變量之一，并整理得到空氣懸架整車的非線性狀態(tài)方程，根據(jù)非線性狀態(tài)觀測(cè)理論，設(shè)計(jì)了無跡卡爾曼狀態(tài)觀測(cè)器，以實(shí)時(shí)測(cè)得的懸架動(dòng)撓度以及空氣彈簧瞬態(tài)壓力作為狀態(tài)觀測(cè)算法輸入量，實(shí)現(xiàn)了耦合工況下車高觀測(cè)算法對(duì)懸架靜平衡位置的精確估計(jì)； 然后，針對(duì)非線性系統(tǒng)方程，構(gòu)造反饋線性化輸出函數(shù)，依據(jù)輸出函數(shù)建立坐標(biāo)變換系，在坐標(biāo)變換后的線性域內(nèi)，將車高觀測(cè)值與目標(biāo)車高值的誤差為零作為控制目標(biāo)，以電磁閥開啟比例作為控制輸出量，設(shè)計(jì)線性域內(nèi)的車高控制算法，并反饋至非線性域中，通過聯(lián)合仿真驗(yàn)證了基于車高觀測(cè)的耦合工況下車高控制算法的可行性和魯棒性，該算法能夠在路面擾動(dòng)存在時(shí)，精確控制車身高度； 最終，基于裝備了空氣懸架的乘用車進(jìn)行了靜止工況和隨機(jī)路面行駛工況下的車高觀測(cè)與控制算法的實(shí)車道路試驗(yàn)，并采用了車輛姿態(tài)測(cè)量單元輔助采集車高控制過程中的車身姿態(tài)。實(shí)車試驗(yàn)表明，所提出的耦合工況下車高觀測(cè)和控制算法能夠有效提高車輛靜止工況和隨機(jī)路面行駛耦合工況下的車高控制精度，減少路面擾動(dòng)對(duì)車高控制過程的影響，減少車高控制過程中由空氣彈簧非線性及遲滯性導(dǎo)致的超調(diào)現(xiàn)象。

電控空氣懸架能夠主動(dòng)調(diào)整車輛高度，提高惡劣路面通過性和高速行駛穩(wěn)定性，但大多只能在良好路面行駛或靜止時(shí)進(jìn)行調(diào)整，在惡劣路面行駛時(shí)進(jìn)行調(diào)整難以保證控制精度，成為制約電控空氣懸架性能提升與推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。 針對(duì)空氣懸架在惡劣路況的車高觀測(cè)和精確控制等核心問題，項(xiàng)目將著重開展路面激勵(lì)與充放氣耦合工況的空氣懸架車高觀測(cè)和控制算法研究。 首先，通過空氣懸架各部件特性試驗(yàn)與分析，建立路面激勵(lì)與充放氣耦合工況下的空氣懸架非線性數(shù)學(xué)模型；進(jìn)而，基于非線性狀態(tài)觀測(cè)理論，設(shè)計(jì)滑模觀測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)耦合工況下的車高觀測(cè)；然后，基于微分幾何理論，設(shè)計(jì)反饋線性化坐標(biāo)變換系，實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的精確線性化，在線性空間中設(shè)計(jì)最優(yōu)控制算法，并將最優(yōu)控制函數(shù)逆變換至非線性空間中；最后，基于半實(shí)物仿真平臺(tái)，對(duì)耦合工況下的空氣懸架車高觀測(cè)和控制算法進(jìn)行驗(yàn)證。研究將為自主研發(fā)高性能電控空氣懸架系統(tǒng)提供理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

《耦合地震作用下結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制與優(yōu)化》系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了土木工程結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制理論、方法、技術(shù)、系統(tǒng)和工程應(yīng)用的主要研究成果，并主要論述了耦合地震作用下結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)與控制裝置布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本書可供從事土木工程、水利工程、材料科學(xué)與工程、力學(xué)研究、設(shè)計(jì)與制造等專業(yè)的研究生和高年級(jí)本科生作學(xué)習(xí)參考書。

曲面的表示、生成和約束控制是計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)的中心問題，其基礎(chǔ)是曲面幾何造型的數(shù)學(xué)理論和方法。本項(xiàng)目在研究規(guī)則區(qū)域上矩形剖分下的有理樣條插值問題的基礎(chǔ)上, 主要研究非規(guī)則區(qū)域上散亂數(shù)據(jù)的有理樣條光滑曲面插值問題。對(duì)于規(guī)則區(qū)域上的插值問題，利用已導(dǎo)出的對(duì)稱基研究其點(diǎn)控制的理論和方法；對(duì)于非規(guī)則區(qū)域上散亂數(shù)據(jù)，通過參數(shù)約束方法與B網(wǎng)方法的結(jié)合研究三角剖分下帶參數(shù)的有理光滑插值樣條曲面的生成與約束控制的理論和算法,導(dǎo)出的插值樣條將具有簡(jiǎn)潔的顯式表示；給出的方法將是散亂數(shù)據(jù)二元插值曲面可以進(jìn)行局部和整體修改的創(chuàng)新方法。這些方法將為計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)中曲面構(gòu)造和控制開辟一條嶄新的路子。 2100433B