主动悬架与多桥转向混合控制器的设计与仿真分析.pdf

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1、第27卷第1期2082011年1月农业工程学报TmnsactionsoftheCSAE、，01．27NO．1Jan．20ll主动悬架与多桥转向混合控制器的设计与仿真分析王欢，高秀华※，杨铭，杨圣印，陈建凯(吉林大学机械科学与工程学院，长春130022)摘要：为了改善多桥车辆操纵稳定性和行驶平顺性，通过建立多桥车辆的5+2n自由度动力学模型，设计了主动悬架与多桥转向线性系统二次型最优控制(LQG)综合控制器。通过仿真试验，对比分析了采用与小采用综合控制器2种情况F，多桥车辆不同车速卜-对阶跃信号的各项性能指标的响应。结果表明：低速情况F，采用综合控制器较不采

2、用控制器的多桥车辆侧偏角峰值减小0．03tad、横摆角速度峰值减小0．1rad／s、车身侧倾角峰值减小O．015tad、俯仰角峰值减小0．015tad、车身垂直加速度峰值减小0．3m／s2、轮胎动位移峰值减小0．009m；高速情况下，以上各性能指标峰值分别减小O．095tad、0．4rad／s、0．075md、O．09tad、2．1Ⅱ∥s2、0．018m。多桥车辆采用综合控制器相对于不采J}{j控制器时的操纵稳定性和行驶平顺性都有显著改善。关键词：车辆，混合控制，设计，多桥转向，主动悬架，零侧偏角控制策略doi：10．3969，j．issn．1002—68

3、19．2011．01．034中图分类号：U273文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一01—0208—07王欢，高秀华，杨铭，等．主动悬架与多桥转向混合控制器的设计与仿真分析[J]．农业工程学报，2011，27(1)：208—214．WangHuan，GaoXiuhua,YangMing，eta1．Designandsimulationofhybridcontrollerofactivesuspensionandmulti-axlesteering[J]．TransactionsoftheCSAE，201l，27(1)：208--214．

4、(inChinesewithEnglishabstract)0引言随着工程建设及农业生产速度急剧加快，大承载能力且转向性能灵活的多桥车辆越来越被工程建设及军事领域所重视。但是如今应用于实际中的多桥车辆存在着非常大的缺陷：高速行驶稳定性差、容易甩尾和侧翻、行驶平顺性差造成乘坐舒适性差等。决定多桥车辆这些性能好坏的核心技术是主动悬架技术和多桥转向技术，而目前能检索到的解决多桥车辆这些问题的资料极其有限，且都是针对多桥车辆的某一缺点加以研究的，并没有综合考虑这几个性能指标。比如文献f1-2、6、8—9】对主动悬架进行了详尽的分析，在很大程度上改善了车辆的行驶平顺

5、性，保证了车辆的乘坐舒适性，侧偏问题；文献【3．4、10．13]对多桥转向技术作了很好的研究分析，改善了多桥车辆的灵活性、稳定性并考虑了侧偏问题，但是没有考虑多桥车辆的行驶平顺性。由于研究的侧重点不同，造成多桥车辆行驶性能往往顾此失彼，不能达到最优控制效果。本文综合考虑了主动悬架和多桥转向这2个影响多桥车辆行驶性能的核心技术，建立多桥车辆5+2n自由度收稿时间：2010-03-08修订日期：2010-08-25基金项目：国防科研(军工)项目(CNK--B04018)；吉林大学创新摹金资助项日(2004CX021)；江苏省科技成果转化专项资金项目(BA200

6、7038)作者简介：王欢(1982一)，男，占林长春人，博士生。研究方向：多轴车辆智能控制。长春吉林大学机械科学与工程学院，130022。Email：wanghuan0809@163．com※通信作者：高秀华(1946一)，女，吉林长春人，教授，博士生导师。研究方向：机械控制和特种车辆。长春吉林大学机械科学与工程学院，130022。Emai

7、：xhgao@jlu．池．cn动力学模型，采用线性系统二次型最优控制进行主动悬架与多桥转向综合控制器设计，利用MATLAB软件进行系统仿真，对比分析了多桥车辆采用综合控制器和不采用综合控制器两种情况下各性能指标的响应情

8、况。为改善多桥车辆高速行驶稳定性及乘坐舒适性提供创新理论，对进～步综合整车控制器具有借鉴意义。1控制系统的建立1．1系统数学模型1．1．1多桥车辆动力学模型的建立车辆模型如图l所示，本文取车身质心的位置为坐标原点，车辆行驶方向为x轴正方向，垂直地面向上方向为z轴正方向，Y轴方向根据右手定则确定。假设系统是线性的，即轮胎工作在线性区，侧偏力和侧偏角成正比，则凡一C，ai[71。建立多桥车辆动力学5+2n自由度模型如式(1)所示。(mbh2+厶)痧+k嘭-m。gh8+∑虬4=o匕“以+擎w，+Xc,L,p：Xc,n,L,4(mbh2+k)多+匕唧一mbhu。雌

9、一％“矽吨劝驴+詈∑以=o(1)刊+(∑掣’州+孥)w，+(∑％+