汽车悬架最优控制与半主动控制研究.pdf

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1、第28卷第5期佳木斯大学学报(自然科学版)V01．28N0．52010年09月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)Sep．2010文章编号：1oo8—1402{201o)05-0650一o4汽车悬架最优控制与半主动控制研究①宋立廷，左曙光(同济大学新能源汽车工程中心，上海201804J摘要：基于1／4汽车悬架为控制对象，建立了汽车悬架动力学模型．以线性二次型最优(LQG)控制和改进后的半主动开关(OH—of)控制为控制策略，在MATL

2、AB／Simulink软件平台上进行仿真。与被动悬架比较，采用正弦激励下的频域分析和随机路面激励下的时域分析。证明了LQG控制和半主动开关控制在汽车控制工程中的可行性．关键词：汽车悬架；仿真；LQG控制；on—of控制；频域中图分类号：U463．331文献标识码：A0引言车速，为路面垂向输人，(t)为输人白噪声·1．2悬架动力学模型的建立汽车悬架是汽车的重要组成部分，它不仅要承受车体质量，还要减少来自地面的振动．汽车悬架车辆悬架系统是一个多输入多输出的系统，为的控制策略，逐渐成为相关领域的专家学

3、者研究重了研究方便，我们以车辆1／4模型为研究对象，它点ll工】．常见的控制方式有被动控制、主动控制和是一个二自由度的线性系统．如图1所示，对汽车半主动控制，最优控制理论和开关控制算法是应用悬架LQG控制阻尼力F完全由外力控制，而对on广泛的控制算法．但是目前为止，这类算法大多是—off控制阻尼力F由簧载质量和非簧载质量的相在时域内进行分析．4J，它们在频域内对汽车乘坐对速度和相对位移的乘积决定，其运动微分方程舒适性和操纵稳定性如何，或者针对传统开关控制为：算法缺陷如何进行改进，这些也是本文进行

4、的主要，n66=一(6一)(2)工作．m=一u+(6一)一(一)运用LQG控制对1／4悬架模型进行仿真分取状态向量析；针对传统开关控制算法缺陷进行改进设计的半X=(6茹6)主动On—of控制模型，并分析在频域下的正弦激U=U(t)为控制输人矩阵，结合式(1)和励和时域下的随机激励的动态特性，证明了这两种(2)，将系统运动方程和路面方程写成矩阵形式，控制策略在汽车控制工程中有良好的应用价值．得到系统的状态方程：1车辆模型的建立00一0mb61．1路面输入模型0mbmg若输入一路面自噪声w(t)引，

5、经过滤后有：OO0话(t)=一2~fox(t)+27re'-foUW(t)(1)1OO式中为下截止频率，G0为路面不平度系数，为0O一2①收稿日期：2010—07—20基金项目：国家自然科学基金资助项目(50575163；50775162)．作者简介：宋立廷(1986一)，男，山东烟台人，同济大学在读硕士研究生，主要研究方向为汽车振动与噪声第5期宋立延，等：汽丰悬架最优控制与半主动控制研究6511》_，=1r(QX+UrRU+2XrNU)d‘(5)00000一OOO000f蚤0100g2+一口2

6、一一冬—0U2Q=m6，70式中：为车身垂向位移，为车轮垂向位移，为oo_q2一冬g+g2+譬-g】m6mb路面垂向输人，m为1／4车身质量，m为车轮质0OO一91g量，为悬架刚度，K为轮胎刚度．R：1／7／,；m"bl一。当车辆参数和加权系数确定后，最优控制反悬架弹簧刚度馈增益矩阵可由黎卡提方程求出，其形式如下：+ArP一(船+J7v)R(BrP+Nr)+9=0(6)最优控制反馈增益矩阵K=BP+N，运用MATLAB中提供的函数LQR(A，B，Q，R，N)可得到：K=[531，一990，一15

7、463，182，14900]；从而得到最优控制力：轮U=一KX(t)(7)图11／4车辆主动悬架摸型∞＼后2悬架模型控制策略V2．1LQG控制策略口亦车辆悬架设计中的主要性能指标包括：代表乘坐舒适性的车身加速度，代表轮胎接地性的轮胎动载荷，代表车身姿态悬架动行程．为实现上述控制目标，本文采用LQG控制策略J，引入下面控制性能指标泛函：，=(gt(t)一(t)]图2半主动开关控制算法比较+q2[6(t)一(t)]+q3茹：(f))dt(4)式中，q，q：和q，分别为轮胎动位移、悬架动行程和2．2半

8、主动开关控制车身加速度的加权系数．将性能指标．，写成矩阵形线性开关控制是根据簧载质量速度与簧载质式，即：652佳木斯大学学报(自然科学版)2010年量和非簧载质量的相对速度的乘积来决定的控制规律．针对这种不足，Rakheja曾经提出一种改进的开关控制算法，即相对控制，其控制算法如下：量＼哟Constantf翌目下'-4日JDe1L垂圃chcsh哪ia2．回1111!，同chelunjiasudu2ToWorksp~t6—网：!广一七：passivesuspenhon!!同、．一1umaiweiy