基于微分幾何解耦的汽車主動(dòng)懸架控制算法研究.pdf

1、車輛懸架系統(tǒng)不僅影響著車輛的平順性,而且影響著車輛操縱穩(wěn)定性。在平順性方面,由于四個(gè)車輪受到路面的激勵(lì),車身的振動(dòng)是各車輪引起振動(dòng)的綜合結(jié)果。在操穩(wěn)性方面,當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí),由于前輪轉(zhuǎn)向角的影響,車輛車身的側(cè)傾會(huì)加劇;當(dāng)車輛處于緊急轉(zhuǎn)向工況,由于縱向及橫向載荷轉(zhuǎn)移,四個(gè)懸架的垂向力會(huì)發(fā)生改變,從而使各輪胎的抓地性發(fā)生改變,對(duì)緊急轉(zhuǎn)向時(shí)車輛的穩(wěn)定性造成影響。車輛在不同工況下,控制的目的是不同的。車輛懸架控制系統(tǒng)是一MIMO的非線性控制系統(tǒng)。車

2、輛主動(dòng)懸架的控制問題,本質(zhì)上是MIMO系統(tǒng)的控制分配問題,即數(shù)學(xué)上著名的Morgan問題。微分幾何解耦控制理論是解決非線性系統(tǒng)控制問題的有力工具,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)懸架控制力的合理分配。
　　本課題針對(duì)車輛的不同工況,利用微分幾何解耦控制理論,對(duì)車輛主動(dòng)懸架控制算法進(jìn)行研究。
　　(1)車輛在直線工況下,主動(dòng)懸架控制的目的是提高車輛平順性。提出了不包括阻尼器解耦的EDDC控制算法。懸架系統(tǒng)經(jīng)過解耦,車身的垂向、側(cè)傾及俯仰運(yùn)動(dòng)各自

3、獨(dú)立。懸架系統(tǒng)被解耦成了多個(gè)獨(dú)立的線性子系統(tǒng)。通過線性子系統(tǒng)的極點(diǎn)配置,車身的垂向、俯仰及側(cè)傾振動(dòng)大幅衰減,時(shí)域仿真、頻域仿真及基于dSPACE硬件實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證了解耦算法的有效性。
　　(2)車輛在轉(zhuǎn)向工況下,車身的側(cè)傾控制是主動(dòng)懸架控制的重點(diǎn)。通過符號(hào)運(yùn)算,在車身側(cè)傾表達(dá)式中顯式表達(dá)了與車輛前輪轉(zhuǎn)角相關(guān)的項(xiàng),明確了前輪轉(zhuǎn)角對(duì)側(cè)傾造成的影響;利用EDDC解耦算法,對(duì)車身的姿態(tài)進(jìn)行解耦,使車身的各向運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立,并對(duì)前輪轉(zhuǎn)角對(duì)車身側(cè)

4、傾的干擾項(xiàng)通過解耦來進(jìn)行抑制;分別在前輪轉(zhuǎn)角輸入為階躍信號(hào)及正弦信號(hào)的情況下進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證解耦算法的有效性。
　　(3)對(duì)于緊急轉(zhuǎn)向工況,車輛的橫向穩(wěn)定性是車輛主動(dòng)懸架控制的重點(diǎn)。建立了包括Burckhardt非線性輪胎模型的整車橫向穩(wěn)定性控制的數(shù)學(xué)模型,并把該模型表達(dá)成仿射非線性的形式,為微分幾何解耦控制奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)提出了基于PI制動(dòng)與主動(dòng)懸架解耦的車輛橫向穩(wěn)定性聯(lián)合控制算法。采用PI制動(dòng)來改善緊急轉(zhuǎn)向時(shí)車輛