汽車懸架系統(tǒng)的主動振動控制.pdf

1、汽車懸架系統(tǒng)是車輛中極其重要的組件,一個設計優(yōu)良的懸架系統(tǒng)可以提升車輛底盤的整體性能、改善乘坐舒適度、保證行車安全。隨著人們對汽車性能要求的日益提高,傳統(tǒng)的被動懸架系統(tǒng)以及半主動懸架系統(tǒng)已逐漸不能滿足司乘人員對車輛舒適性和安全性的要求,尤其在較為惡劣的路面環(huán)境下。相比之下,汽車主動懸架系統(tǒng)在改善乘坐舒適度以及車輛操作性方面具有較大優(yōu)勢,是汽車懸架設計的主要趨勢。在主動懸架系統(tǒng)中,執(zhí)行機構被放置在車身與車架之間,平行于懸架組件,能增加和衰

2、減系統(tǒng)中的能量,以協(xié)助懸架系統(tǒng)控制車身姿態(tài)、降低剎車的不良影響,進而增加乘坐舒適度和行車安全性能。本論文針對汽車主動懸架系統(tǒng)設計中的核心問題一控制算法設計進行理論研究與實驗驗證,分別針對四分之一主動懸架系統(tǒng)、不確定半車主動懸架系統(tǒng)以及帶有液壓執(zhí)行器的全車主動懸架系統(tǒng)進行相應的控制算法設計,改善乘坐舒適度和行車安全性能,主要研究內容可概括為:
　　有別于經典的汽車主動懸架系統(tǒng)全頻域H⑴控制方法,本文針對四分之一主動懸架系統(tǒng),將人體生

3、理結構考慮到控制器設計當中,提出特定頻率段下的Hm控制器設計方法,針對性地抑制人體敏感頻域段內的擾動,提升乘坐的舒適性。通過對Hm基礎理論的研究和發(fā)展,避免了傳統(tǒng)權重函數(shù)法在處理有限頻域問題上的復雜性和高度經驗依賴性。同全頻域Hm控制相比較,有限頻域Hm控制方法從擾動到控制輸出的Hm性能指標在所設計頻域范圍內更小,針對性更強,擾動抑制效果明顯,同時,懸架行程約束以及車輛安全性能約束也都在控制器設計過程中得到保證?？紤]到實際應用中可能存在

4、執(zhí)行器輸入時滯問題,本文提出了輸入時滯情況下的主動懸架系統(tǒng)有限頻域Hm控制器設計方法,在控制器設計過程中考慮到輸入時滯的影響,保證閉環(huán)系統(tǒng)即使存在輸入時滯的情況下,有限頻域Hm性能指標依然能夠得到保證。進一步,為處理實際控制中測量信號的不完全可測問題,基于動態(tài)輸出反饋的有限頻域Hm控制器設計方法被提出,彌補全狀態(tài)反饋過于依賴信號測量的缺陷。
　　本文進一步針對非線性不確定半車主動懸架系統(tǒng)進行振動抑制算法研究,提出一種多目標自適應b

5、ackstepping控制策略,使得閉環(huán)系統(tǒng)即使在含有不確定參數(shù)的情況下,車身垂直動態(tài)和俯仰角動態(tài)均可快速維持穩(wěn)定,進而提升司乘人員乘坐的舒適性,同時懸架行程約束、安全性能約束以及執(zhí)行器幅值約束等懸架設計需滿足的約束條件也均可得到保證,實現(xiàn)對非線性不確定半車主動懸架系統(tǒng)的多目標振動抑制控制研究,此外,通過選取一個特殊的衰減多項式作為參考軌跡,所提出的多目標自適應backstepping控制策略可以保證閉環(huán)系統(tǒng)最終穩(wěn)定在預設的時間內。

6、r>　　對主動懸架控制而言,對于執(zhí)行機構的依賴性使得主動懸架系統(tǒng)的可靠性是非常重要的問題之一,在主動控制中,執(zhí)行器可能存在飽和、卡死以及失效等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象會嚴重造成閉環(huán)系統(tǒng)性能衰減,甚至不穩(wěn)定。此外,任何的機械系統(tǒng),除參數(shù)不確定外,還常常伴隨有未建模動態(tài)、摩擦擾動以及未知干擾等不確定的非線性項,本文針對上述現(xiàn)象,分別提出抗飽和自適應魯棒控制策略和容錯自適應魯棒控制策略,針對執(zhí)行器飽和問題和執(zhí)行器故障現(xiàn)象進行主動控制,降低系統(tǒng)發(fā)生執(zhí)行器

7、幅值飽和和故障時的性能衰減,增強系統(tǒng)的可靠性。
　　當前主動懸架控制系統(tǒng)的研究,大都忽略執(zhí)行機構的動態(tài),即假定執(zhí)行機構為理想力發(fā)生機構,此種假設通常導致控制器設計的不精確。針對此情況,本文將實際中常用的液壓執(zhí)行機構的動態(tài)性能考慮到控制算法設計過程中,提出了多目標自適應backstepping控制器設計方法,并且為克服標準backstepping控制中帶來的“級數(shù)爆炸”現(xiàn)象,發(fā)展了一種基于濾波器的自適應backstepping控制方

8、法,避免了對虛擬控制導數(shù)的求取,簡化設計過程的復雜性。此外,針對七自由度液壓全車主動懸架系統(tǒng),結合控制與自適應魯棒控制各自的優(yōu)勢,提出一種基于自適應魯棒技術的Hm控制策略,使得閉環(huán)系統(tǒng)對液壓執(zhí)行機構中含有的參數(shù)不確定性具有自適應能力,對執(zhí)行器的非線性不確定項具有魯棒能力,同時車身系統(tǒng)的Hm性能指標以及時域約束均可能得到滿足,后續(xù)的仿真結果驗證了所提出算法的有效性。
　　理論設計完成之后,本文將應用四分之一主動懸架振動實驗臺,對上述