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。