车载CAN网络环境下悬挂系统的建模与减振控制研究

This project studies the dynamics modeling and vibration controller design problem for suspension systems with network-delays, nonlinearities, and uncertainties, which is under the background of in-vehicle CAN environment showing the characteristics of high transmission speed, network delays, high sampling-rate, nonlinearities, and uncertainties. First, the dynamical characteristics for suspension is analyzed and the linear, nonlinear, and uncertain vehicle-dynamics systems of quarter-car, half-car, and full-car are modeled respectively. The sampled-data systems with time-delays, nonlinearities, and uncertainties in delta domain are modeled by using delta transform approach. The exosystem describing random road disturbance is modeled through analyzing the characteristics for random road excitation.Then, the model transformation approach is proposed to reduce the vibration control problem of time-delay systems to that of equivalent delay-free systems. The memory terms in the designed control law compensate for the effects produced by the time-delays, nonlinearity, and uncertainty. Finally, the strategies and technologies for vibration control with low energy consumption and high efficiency are obtained via simulations and experiments comparing with different vibration control approaches. And the project will give a series of theoretical results and relevant application softwares. High level papers and a book will be published. The key technologies of vibration control for advanced vehicle suspensions will be mastered. It will lead the theoretical and application results of this project to occupy a space in the world.

本项目以车载CAN网络环境下的悬挂系统为背景，针对其具有较高传输速率、网络时滞、高采样率、非线性及不确定因素等特性，研究具有网络时滞、非线性和不确定因素悬挂系统的动力学建模与减振控制器的设计问题。首先分析悬挂动力学特性，分别建立线性、非线性及不确定的单轮、半车和整车的行驶动力学系统；运用delta转换方法建立delta域具有时滞、非线性和不确定项的采样系统；分析随机路面激励的特性，建立描述随机路面扰动的外系统表示；然后运用模型转换法将时滞系统减振控制问题简化为等价的无时滞系统减振控制问题，利用所设计控制律中的补偿项降低时滞、非线性、不确定因素对系统的影响；最后运用仿真、试验等方法比较分析各减振控制方法，得到低能耗、高效能的减振控制策略和技术。本项目的研究将得到系列性理论研究成果及相关应用软件，发表高水平论文和专著，掌握现代悬挂减振控制的关键性技术，使该项目理论和应用成果在国际占有一席之地。

本项目以车载CAN网络环境下的悬挂系统为背景，针对其具有较高传输速率、网络时滞、高采样率、非线性及不确定因素等特性，研究了具有网络时滞、非线性和不确定因素悬挂系统的动力学建模与减振控制器的设计问题。建立了线性、非线性及不确定的单轮、半车和整车的行驶动力学系统；建立了delta域具有时滞、非线性和不确定项的采样系统；建立了描述随机路面扰动的外系统状态空间表达式，解决了在运用状态空间法设计悬挂减振控制器时无法将随机路面扰动同样用状态空间法表达的问题。运用模型转换法将时滞系统减振控制问题简化为等价的无时滞系统减振控制问题，设计了最优减振控制律，利用所设计控制律中的补偿项降低或消除了时滞、非线性、不确定因素对系统的影响；运用比较、仿真、试验的方法分析了所设计的减振控制方法，证明了其低能耗、高效能的优势。本项目还创新性地建立了适合高频采样条件下的非线性采样控制系统模型、设计了非线性采样控制器，通过理论推导、仿真实验证明了该建模和控制器设计方法更接近原连续时间系统模型、对于复杂控制律的设计方便易行，相较于国际前沿其它高频网络控制系统建模和控制器设计的方法有其优越之处，得到了审稿和主编专家的一致支持和推荐。本项目的研究成果对采样汽车悬挂系统的建模和控制有重要的创新价值。本项目发表学术论文17篇（其中SCI收录15篇、EI收录1篇），出版著作2部，申请发明专利7项，取得软件著作权5项，参加国内外学术会议29次、举办国内学术会议1次，培养博士生2名、硕士生7名，建立了云南省高校物联网应用技术重点实验室，项目组成员陈君华副教授入选第十三批昆明市中青年学术和技术带头人后备人选人才项目。本项目在实施期间得到了国际合作成员Khalil教授、Aktulga教授长达四年的参与和指导，得到了国内外同行专家的倾情帮助，得到了国家自然科学基金委员会的长久信任和支持，特此一并致谢！