汽車懸架最優(yōu)控制與半主動(dòng)控制研究.pdf

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1、第28卷第5期佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)V01．28N0．52010年09月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)Sep．2010文章編號(hào)：1oo8—1402{201o)05-0650一o4汽車懸架最優(yōu)控制與半主動(dòng)控制研究①宋立廷，左曙光(同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心，上海201804J摘要：基于1／4汽車懸架為控制對(duì)象，建立了汽車懸架動(dòng)力學(xué)模型．以線性二次型最優(yōu)(LQG)控制和改進(jìn)后的半主動(dòng)開關(guān)(OH—of)控制為控制策略，在MATL

2、AB／Simulink軟件平臺(tái)上進(jìn)行仿真。與被動(dòng)懸架比較，采用正弦激勵(lì)下的頻域分析和隨機(jī)路面激勵(lì)下的時(shí)域分析。證明了LQG控制和半主動(dòng)開關(guān)控制在汽車控制工程中的可行性．關(guān)鍵詞：汽車懸架；仿真；LQG控制；on—of控制；頻域中圖分類號(hào)：U463．331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言車速，為路面垂向輸人，(t)為輸人白噪聲·1．2懸架動(dòng)力學(xué)模型的建立汽車懸架是汽車的重要組成部分，它不僅要承受車體質(zhì)量，還要減少來(lái)自地面的振動(dòng)．汽車懸架車輛懸架系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，為的控制策略，逐漸成為相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)

3、者研究重了研究方便，我們以車輛1／4模型為研究對(duì)象，它點(diǎn)ll工】．常見的控制方式有被動(dòng)控制、主動(dòng)控制和是一個(gè)二自由度的線性系統(tǒng)．如圖1所示，對(duì)汽車半主動(dòng)控制，最優(yōu)控制理論和開關(guān)控制算法是應(yīng)用懸架LQG控制阻尼力F完全由外力控制，而對(duì)on廣泛的控制算法．但是目前為止，這類算法大多是—off控制阻尼力F由簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量的相在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行分析．4J，它們?cè)陬l域內(nèi)對(duì)汽車乘坐對(duì)速度和相對(duì)位移的乘積決定，其運(yùn)動(dòng)微分方程舒適性和操縱穩(wěn)定性如何，或者針對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)控制為：算法缺陷如何進(jìn)行改進(jìn)，這些也是本文進(jìn)行

4、的主要，n66=一(6一)(2)工作．m=一u+(6一)一(一)運(yùn)用LQG控制對(duì)1／4懸架模型進(jìn)行仿真分取狀態(tài)向量析；針對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)控制算法缺陷進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的半X=(6茹6)主動(dòng)On—of控制模型，并分析在頻域下的正弦激U=U(t)為控制輸人矩陣，結(jié)合式(1)和勵(lì)和時(shí)域下的隨機(jī)激勵(lì)的動(dòng)態(tài)特性，證明了這兩種(2)，將系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程和路面方程寫成矩陣形式，控制策略在汽車控制工程中有良好的應(yīng)用價(jià)值．得到系統(tǒng)的狀態(tài)方程：1車輛模型的建立00一0mb61．1路面輸入模型0mbmg若輸入一路面自噪聲w(t)引，

5、經(jīng)過(guò)濾后有：OO0話(t)=一2~fox(t)+27re'-foUW(t)(1)1OO式中為下截止頻率，G0為路面不平度系數(shù)，為0O一2①收稿日期：2010—07—20基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50575163；50775162)．作者簡(jiǎn)介：宋立廷(1986一)，男，山東煙臺(tái)人，同濟(jì)大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)槠囌駝?dòng)與噪聲第5期宋立延，等：汽豐懸架最優(yōu)控制與半主動(dòng)控制研究6511》_，=1r(QX+UrRU+2XrNU)d‘(5)00000一OOO000f蚤0100g2+一口2

6、一一冬—0U2Q=m6，70式中：為車身垂向位移，為車輪垂向位移，為oo_q2一冬g+g2+譬-g】m6mb路面垂向輸人，m為1／4車身質(zhì)量，m為車輪質(zhì)0OO一91g量，為懸架剛度，K為輪胎剛度．R：1／7／,；m"bl一。當(dāng)車輛參數(shù)和加權(quán)系數(shù)確定后，最優(yōu)控制反懸架彈簧剛度饋增益矩陣可由黎卡提方程求出，其形式如下：+ArP一(船+J7v)R(BrP+Nr)+9=0(6)最優(yōu)控制反饋增益矩陣K=BP+N，運(yùn)用MATLAB中提供的函數(shù)LQR(A，B，Q，R，N)可得到：K=[531，一990，一15

7、463，182，14900]；從而得到最優(yōu)控制力：輪U=一KX(t)(7)圖11／4車輛主動(dòng)懸架摸型∞＼后2懸架模型控制策略V2．1LQG控制策略口亦車輛懸架設(shè)計(jì)中的主要性能指標(biāo)包括：代表乘坐舒適性的車身加速度，代表輪胎接地性的輪胎動(dòng)載荷，代表車身姿態(tài)懸架動(dòng)行程．為實(shí)現(xiàn)上述控制目標(biāo)，本文采用LQG控制策略J，引入下面控制性能指標(biāo)泛函：，=(gt(t)一(t)]圖2半主動(dòng)開關(guān)控制算法比較+q2[6(t)一(t)]+q3茹：(f))dt(4)式中，q，q：和q，分別為輪胎動(dòng)位移、懸架動(dòng)行程和2．2半

8、主動(dòng)開關(guān)控制車身加速度的加權(quán)系數(shù)．將性能指標(biāo)．，寫成矩陣形線性開關(guān)控制是根據(jù)簧載質(zhì)量速度與簧載質(zhì)式，即：652佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2010年量和非簧載質(zhì)量的相對(duì)速度的乘積來(lái)決定的控制規(guī)律．針對(duì)這種不足，Rakheja曾經(jīng)提出一種改進(jìn)的開關(guān)控制算法，即相對(duì)控制，其控制算法如下：量＼喲Constantf翌目下'-4日J(rèn)De1L垂圃chcsh哪ia2．回1111!，同chelunjiasudu2ToWorksp~t6—網(wǎng)：!廣一七：passivesuspenhon!!同、．一1umaiweiy