基于LMI方法的车辆侧倾运动安全主动悬架H2控制器设计

为提高车辆转向-侧倾运动工况的安全性,基于线性矩阵不等式(LMI)方法设计侧倾运动安全主动悬架H2控制器,直接控制横向载荷转移率(LTR)。首先,建立车辆转向-侧倾运动动力学模型,选择LTR、侧倾角和侧倾角加速度构造车辆侧倾运动安全综合性能评价指标。其次,为避免现有LQG控制器设计方法无法处理综合性能指标中包含干扰项(前轮转向角)和控制加权矩阵为0导致控制向量无法求取的难题,基于LMI方法设计主动悬架H2控制器。然后,结合层次分析法和归一法,以鱼钩工况为典型转向工况仿真获取车辆转向-侧倾运动统计数据,进而确定了H2控制器的控制加权系数。最后,通过多工况数值仿真验证了侧倾运动安全主动悬架H2控制器的工作效果。结果显示:与被动悬架相比,在鱼钩工况、蛇形穿桩和双移线工况下,该H2控制器在不改变车辆转向运动状态的情况下使车辆侧倾运动安全综合性能评价指标分别降低39.05%、36.51%和42.31%,使LTR的均方根值分别降低15.87%、15.62%和14.86%。说明设计的主动悬架H2控制器具有良好的车辆侧倾运动安全控制效果。

电磁馈能型半主动悬架变压充电控制设计

为解决电磁半主动执行器使用滞环电流控制方法产生的非线性强及控制复杂等缺点,提出一种变压充电控制方法,并设计了电磁馈能型半主动悬架控制系统。首先,基于LQG控制方法设计理想控制力求取控制器。其次,基于变压充电控制方法和变转速/充电电压的永磁同步电机数值仿真获取了不同转速/充电电压对应的馈能阻尼力数据,并通过数值拟合构建了由理想半主动力和悬架相对运动速度求取充电电压的函数关系从而获取馈能半主动执行器的实际控制力。最后,以被动悬架和理想半主动悬架为比较对象,进行电磁馈能型半主动悬架性能对比与分析。结果显示:与被动悬架相比,电磁馈能型半主动悬架与理想半主动悬架的悬架综合性能指标值分别减小27.4%和34.7%,前、后悬架实际控制力相对于理想半主动控制力的相关系数分别为0.9582和0.9664,电磁馈能型半主动悬架的前、后馈能半主动执行器流向蓄电池组的能量占悬架振动能量的86.4%和87.1%。

主动悬架的滑模控制指数趋近率参数优化

针对车辆主动悬架滑模控制方法中按经验选取指数趋近率参数造成悬架控制效果未能达到预期的问题,提出一种滑模控制参数优化方法,消除了指数趋近率参数选取的随意性,提高了主动悬架的控制效果和控制精度。首先建立1/4车辆主动悬架系统模型,并根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面系数,使用指数趋近率改善滑模运动段的动态特性;其次分析滑模控制方法中按经验选取指数趋近率参数的缺点,并采用遗传算法对其进行优化。仿真结果显示:与被动悬架和滑模控制悬架相比,优化后的滑模控制悬架二次型性能指标分别减小了7.6%和35.6%,簧载质量加速度均方根值减小了13.3%和45.6%,表明运用遗传算法对滑模控制参数优化后的控制效果优于优化之前,证明了这种优化滑模控制方法的先进性。

基于变压充电方法的直线电机式馈能型半主动悬架控制

针对以直线电机作为执行器的馈能型半主动悬架控制方法复杂与效果差等问题,结合变压充电控制原理与方法,提出一种利用单相等效模型求解充电电压的方法,设计了馈能型半主动悬架控制系统,用于控制直线电机式馈能执行器;建立了1/2车4自由度动力学模型和变压充电控制直线电机模型,采用LQG控制策略求解理想馈能阻尼力;将联接有整流桥的直线电机理论模型等效为单相电机模型,计算了电机单相等效模型反电动势、电磁推力系数、电阻与电感参数;采用充电电压求解控制器,以悬架相对速度和理想馈能阻尼力作为输入求解实际充电电压,进而实现执行器馈能控制;以被动悬架和理想半主动悬架作为比较对象,分析了馈能型半主动悬架性能与馈能效果。分析结果表明:与被动悬架相比,馈能型半主动悬架与理想半主动悬架的综合性能指标分别减小38.97%和45.42%,前后悬架实际馈能阻尼力与理想馈能阻尼力的相关系数分别为0.967 4和0.976 8,并且前后悬架振动能量的56.7%和62.1%被回收进蓄电池中,因此,采用基于单相等效模型与变压充电方法控制的馈能型半主动悬架能够回收大部分悬架振动能量和改善汽车的行驶平顺性。

汽车侧倾运动安全主动悬架LQG控制器设计方法

为了提高汽车转向-侧倾运动的安全性,设计了主动悬架侧倾运动安全LQG控制器;建立了3自由度汽车转向-侧倾运动动力学模型,选择横向载荷转移率、侧倾角及其加速度构建汽车侧倾安全综合性能评价指标;为了解决现有设计方法无法跟踪系统干扰项(前轴转向角)和控制加权矩阵行列式等于零带来的控制向量无法求解的难题,将前轴转向角进行满足最小相位系统的微分变形,并与原系统方程组成增广系统方程,在综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量,以满足LQG控制器设计条件;结合层次分析法和归一法,以鱼钩工况为基础,仿真获取汽车转向-侧倾运动统计数据,进而确定LQG控制器的加权系数,通过多工况数值仿真验证主动悬架侧倾运动安全LQG控制器的工作效果。仿真结果表明:新设计的LQG控制器不干扰驾驶人的转向操纵;与被动悬架相比,在鱼钩工况、蛇形穿桩工况和双移线工况下,采用LQG控制器的主动悬架可使汽车侧倾运动安全的主要评价指标即横向载荷转移率的方差分别降低了32.08%、32.82%、29.24%,侧倾角的方差分别降低了47.74%、44.19%、63.41%,侧倾角加速度的方差分别降低了87.30%、60.00%、86.39%,说明采用新设计LQG控制器的主动悬架可大幅度改善汽车侧倾运动安全性,且具有良好的转向工况适应性。