汽車懸架系統(tǒng)的主動(dòng)振動(dòng)控制.pdf

1、汽車懸架系統(tǒng)是車輛中極其重要的組件,一個(gè)設(shè)計(jì)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(duì)汽車性能要求的日益提高,傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架系統(tǒng)以及半主動(dòng)懸架系統(tǒng)已逐漸不能滿足司乘人員對(duì)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(dòng)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(shì),是汽車懸架設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)。在主動(dòng)懸架系統(tǒng)中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jìn)而增加乘坐舒適度和行車安全性能。本論文針對(duì)汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心問題一控制算法設(shè)計(jì)進(jìn)行理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,分別針對(duì)四分之一主動(dòng)懸架系統(tǒng)、不確定半車主動(dòng)懸架系統(tǒng)以及帶有液壓執(zhí)行器的全車主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制算法設(shè)計(jì),改善乘坐舒適度和行車安全性能,主要研究內(nèi)容可概括為:
　　有別于經(jīng)典的汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)全頻域H⑴控制方法,本文針對(duì)四分之一主動(dòng)懸架系統(tǒng),將人體生

3、理結(jié)構(gòu)考慮到控制器設(shè)計(jì)當(dāng)中,提出特定頻率段下的Hm控制器設(shè)計(jì)方法,針對(duì)性地抑制人體敏感頻域段內(nèi)的擾動(dòng),提升乘坐的舒適性。通過對(duì)Hm基礎(chǔ)理論的研究和發(fā)展,避免了傳統(tǒng)權(quán)重函數(shù)法在處理有限頻域問題上的復(fù)雜性和高度經(jīng)驗(yàn)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(dòng)到控制輸出的Hm性能指標(biāo)在所設(shè)計(jì)頻域范圍內(nèi)更小,針對(duì)性更強(qiáng),擾動(dòng)抑制效果明顯,同時(shí),懸架行程約束以及車輛安全性能約束也都在控制器設(shè)計(jì)過程中得到保證?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中可能存在

4、執(zhí)行器輸入時(shí)滯問題,本文提出了輸入時(shí)滯情況下的主動(dòng)懸架系統(tǒng)有限頻域Hm控制器設(shè)計(jì)方法,在控制器設(shè)計(jì)過程中考慮到輸入時(shí)滯的影響,保證閉環(huán)系統(tǒng)即使存在輸入時(shí)滯的情況下,有限頻域Hm性能指標(biāo)依然能夠得到保證。進(jìn)一步,為處理實(shí)際控制中測(cè)量信號(hào)的不完全可測(cè)問題,基于動(dòng)態(tài)輸出反饋的有限頻域Hm控制器設(shè)計(jì)方法被提出,彌補(bǔ)全狀態(tài)反饋過于依賴信號(hào)測(cè)量的缺陷。
　　本文進(jìn)一步針對(duì)非線性不確定半車主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)抑制算法研究,提出一種多目標(biāo)自適應(yīng)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(dòng)態(tài)和俯仰角動(dòng)態(tài)均可快速維持穩(wěn)定,進(jìn)而提升司乘人員乘坐的舒適性,同時(shí)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(shè)計(jì)需滿足的約束條件也均可得到保證,實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性不確定半車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的多目標(biāo)振動(dòng)抑制控制研究,此外,通過選取一個(gè)特殊的衰減多項(xiàng)式作為參考軌跡,所提出的多目標(biāo)自適應(yīng)backstepping控制策略可以保證閉環(huán)系統(tǒng)最終穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)。

6、r>　　對(duì)主動(dòng)懸架控制而言,對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的依賴性使得主動(dòng)懸架系統(tǒng)的可靠性是非常重要的問題之一,在主動(dòng)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(huì)嚴(yán)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(jī)械系統(tǒng),除參數(shù)不確定外,還常常伴隨有未建模動(dòng)態(tài)、摩擦擾動(dòng)以及未知干擾等不確定的非線性項(xiàng),本文針對(duì)上述現(xiàn)象,分別提出抗飽和自適應(yīng)魯棒控制策略和容錯(cuò)自適應(yīng)魯棒控制策略,針對(duì)執(zhí)行器飽和問題和執(zhí)行器故障現(xiàn)象進(jìn)行主動(dòng)控制,降低系統(tǒng)發(fā)生執(zhí)行器

7、幅值飽和和故障時(shí)的性能衰減,增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。
　　當(dāng)前主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的研究,大都忽略執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài),即假定執(zhí)行機(jī)構(gòu)為理想力發(fā)生機(jī)構(gòu),此種假設(shè)通常導(dǎo)致控制器設(shè)計(jì)的不精確。針對(duì)此情況,本文將實(shí)際中常用的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能考慮到控制算法設(shè)計(jì)過程中,提出了多目標(biāo)自適應(yīng)backstepping控制器設(shè)計(jì)方法,并且為克服標(biāo)準(zhǔn)backstepping控制中帶來的“級(jí)數(shù)爆炸”現(xiàn)象,發(fā)展了一種基于濾波器的自適應(yīng)backstepping控制方

8、法,避免了對(duì)虛擬控制導(dǎo)數(shù)的求取,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性。此外,針對(duì)七自由度液壓全車主動(dòng)懸架系統(tǒng),結(jié)合控制與自適應(yīng)魯棒控制各自的優(yōu)勢(shì),提出一種基于自適應(yīng)魯棒技術(shù)的Hm控制策略,使得閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)中含有的參數(shù)不確定性具有自適應(yīng)能力,對(duì)執(zhí)行器的非線性不確定項(xiàng)具有魯棒能力,同時(shí)車身系統(tǒng)的Hm性能指標(biāo)以及時(shí)域約束均可能得到滿足,后續(xù)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出算法的有效性。
　　理論設(shè)計(jì)完成之后,本文將應(yīng)用四分之一主動(dòng)懸架振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)上述