行驶动力学建模、仿真及主动悬架控制器设计.pdf

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1、.目录1.计算机仿真系统模型的建立..........................................................-1-2.LOG控制器设计..............................................................................-2-3.计算实例...........................................................................................-3

2、-4.MATLAB仿真过程..........................................................................-4-5.半车模型建模及仿真......................................................................-8-5.1随机线性最优控制...................................................................-9-5.2预瞄控制......

3、...........................................................................-11-5.3结果比较.................................................................................-12-..以单轮车辆模型为例，介绍行驶动力学计算机建模、仿真分析以及利用线性二次最优控制理论进行主动悬架LQG控制器设计过程。1.计算机仿真系统模型的建立根据图7所示的主动悬架单轮车辆模型，运用牛顿运

4、动定律，建立系统的运动方程，即：mbx&&bUaKs(xbxw)（4）mwx&&wUaKs(xbxw)Kt(xwXg)（5）这里，采用一个滤波白噪声作为路面输入模型，即：x&&g(t)2f0xg(t)2G0uw(t)（6）式中，xg为路面垂向位移（m）；G0为路面不平度系数（m3/cycle）；u为车辆前进速度（m/s）；w为数字期望为零的高斯白噪声；f0为下截止频率（Hz）。图7单轮车辆模型结合式（4）、式（5）和式（6），将系统运动方程和路面输入方程写成矩阵形式，即得出系统的空间状态方程：X&AXBUFW（7）TX(x&bx&

5、wxbxwxg)式中，，为系统状态矢量；W=（w（t）），为高斯白噪声输入矩阵；U=（Ua（t）），为输入控制矩阵；..KsKs1000mbmbmbKsKtKsKa1000AmwmwmwBmw0100000F0010000000002f002G0u；；2.LOG控制器设计车辆悬架设计中的主要指标包括：①代表轮胎接地性的轮胎动载荷；②代表轮胎舒适性的车身垂向振动加速度；③影响车身姿态且与轮胎布置有关的悬架动行程。因此，LQG控制器设计中的性能指标J即为轮胎动位移、悬架动行程和车身垂向振动加速度的加权平方和在时域T内的积分值，其表达式

6、为：T1222Jlim{q1[xw(t)xg(t)]q2[xb(t)xw(t)]q3&x&b(t)}dtTT0（8）式中，q1、q2和q3分别为轮胎动位移、悬架动行程和车身垂向振动加速度的加权系数。加权系数的选取决定了设计者对悬架性能的倾向，如对车身垂向振动加速度项选择较大的权值，则考虑更多的是提高车辆操纵稳定性。为方便起见，这里取车身垂向振动加速度的加权值q3=1。将性能指标J的表达式（8）改写成矩阵形式，即：T1TTTJlim(XQXURU2XNU)dtTT0（9）式中，000000000022KsKs000q22q220Qm

7、bmb022KsKsNKa00q22q1q22q1mbmb1KsR2000q1q1mb0；；当车辆参数值和加权系数值确定后，最优控制反馈增益矩阵可有黎卡提（Riccati）方程求出，其形式如下：T1TTPAAP(PBN)R(BPN)Q0（10）TT最优反馈控制增益矩阵KBPN，由车辆参数和加权系数决定。根据任意时刻的..反馈状态变量X（t），就可得到t时刻作动器的最优控制力Ua，即：Ua(t)KX(t)（11）3.计算实例这里，以某轿车的后悬架为例，给出一个完整的计算实例，包括车辆模型参数、仿真路面输入参数、控制器的设计参数以及计

8、算结果。此例中车辆以20m/s的速度在某典型路面上行驶，仿真时间T=50s。计算中输入的各参数及数值详见表2。表2单轮车辆模型仿真输入参数值车辆模型参数符号单位数值簧载质量mbKg320非簧载质量mwKg40悬架刚度KsN/m20000轮胎刚度Kt