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        基于LQG控制的8-DOF車輛系統(tǒng)平順性分析

        2020-02-25 03:18:51陳晨蘇蓉王玲芝于鵬尹宗軍彭閃閃
        汽車實(shí)用技術(shù) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:最優(yōu)控制懸架時(shí)域

        陳晨 蘇蓉 王玲芝 于鵬 尹宗軍 彭閃閃

        摘 要:文章利用計(jì)算機(jī)模擬路面激勵(lì),用濾波白噪聲法建立了與實(shí)際路面統(tǒng)計(jì)規(guī)律相符的四輪時(shí)域隨機(jī)激勵(lì)模型,設(shè)計(jì)基于線性二次型高斯(LQG,Linear Quadratic Gaussian)最優(yōu)控制器的整車8-DOF人椅系統(tǒng)的控制器。通過Matlab仿真平臺(tái)建立最優(yōu)控制器的整車8-DOF人椅系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并進(jìn)行仿真驗(yàn)證表明該最優(yōu)控制器能夠保證車輛的舒適度性能。關(guān)鍵詞:8-DOF人椅系統(tǒng);最優(yōu)控制;振動(dòng)分析中圖分類號(hào):U463.33 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? 文章編號(hào):1671-7988(2020)01-122-04

        Abstract: In this paper, a four-wheel time-domain stochastic excitation model is established using the filtering white noise method, which is consistent with the statistical law of actual road excitation. A controller of 8-DOF human chair system is designed based on LQG (Linear Quadratic Gaussian) optimal controller. The dynamic model of the 8-DOF human chair system is established by using MATLAB simulation platform. The simulation results show that the optimal controller can ensure the comfort performance of the vehicle.Keywords: 8-DOF man-chair system; Optimal control; Vibration analysisCLC NO.: U463.33 ?Document Code: A? Article ID: 1671-7988(2020)01-122-04

        前言

        車輛懸架系統(tǒng)性能對(duì)車輛的乘坐舒適性及行駛安全性等性能影響很大。一般的懸架完全基于既定設(shè)計(jì)的彈簧和阻尼元件的自然特性起到吸振、減振作用,因而它的減振效能具有局限性。而主動(dòng)懸架系統(tǒng)可在變載荷、變車速、不可預(yù)測路況下達(dá)到最優(yōu),減少振動(dòng),保證了車輛的乘坐舒適性,所以可以通過主動(dòng)懸架的控制來保證汽車的舒適度。近年來,經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者們對(duì)此進(jìn)行廣大量的研究和探索,線性二次型最優(yōu)控制是應(yīng)用最為廣泛的一種控制方式。本文在線性二次型最優(yōu)控制的基礎(chǔ)上,以最優(yōu)控制器的整車8-DOF人椅系統(tǒng)為研究對(duì)象,用濾波白噪聲法生成隨四輪相干道路的時(shí)域模型進(jìn)行振動(dòng)分析。

        1 濾波白噪聲法生成隨機(jī)路面

        通常把路面對(duì)基準(zhǔn)平面的高度q沿道路走向I的變化qI)稱為路面縱坡面曲線或不平度函數(shù)。對(duì)車輛振動(dòng)系統(tǒng)的輸入除了路面不平度外,還要考慮車速因素,根據(jù)車速u將空間頻率功率譜密度換算為頻域功率譜函數(shù):

        式中:w=n00u為截止頻率,n00=0.01 m-1為路面不平度下截止空間頻率。

        濾波白噪聲法認(rèn)為將單位白噪聲Sw=1通過一個(gè)線性系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出功率譜密度等同于路面的功率譜密度,設(shè)線性系統(tǒng)頻域響應(yīng)函數(shù)為:

        本文采用濾波白噪聲法生成四輪相干道路的時(shí)域模型。由于左、右輪間的相干關(guān)系導(dǎo)致右輪達(dá)到B級(jí)路面譜,而仿真采用的是C級(jí)路面譜。前后輪間的時(shí)域表示整體上比較類似,且表現(xiàn)為時(shí)間上的延遲。從表2分析得到:

        (1)主動(dòng)控制下的各加速度峰值均低于被動(dòng)懸架,改善百分比均在45%以上(除了車身側(cè)傾角加速度),且俯仰角加速度達(dá)到了76%。各加速度改善百分比保持了一致性,說明該最優(yōu)控制器具有改善乘坐舒適性的控制效能。

        (2)各輪胎在最優(yōu)控制下動(dòng)位移,且各動(dòng)位移的峰值普遍高于被動(dòng)懸架。說明最優(yōu)控制器沒有改善各輪輪胎動(dòng)位移,而是為了改善跳振性能需要在一定程度上弱化各輪輪胎動(dòng)位移。

        (3)各懸架在最優(yōu)控制下的動(dòng)撓度,后輪懸架動(dòng)撓度改善幅度達(dá)到了40%,而前輪懸架動(dòng)撓度改善幅度為10%,各懸架動(dòng)撓度改善幅度也保持了較好的一致性,可以認(rèn)為當(dāng)車速及路況等變化時(shí),最優(yōu)控制器能夠滿足各行駛狀態(tài)下對(duì)懸架性能的要求。

        4 結(jié)論

        通過車輛數(shù)學(xué)模型的建立以及路面激勵(lì)模型的仿真,最優(yōu)控制器的整車8-DOF人椅系統(tǒng)主動(dòng)懸架能夠滿足各行駛狀態(tài)下對(duì)懸架性能要求,保證了汽車的舒適性。

        參考文獻(xiàn)

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