电动汽车主动悬架系统阻尼可
整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略
整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略整车主动悬架系统是一种通过调节车辆悬架系统来改善车辆行驶舒适性和稳定性的技术。
天棚阻尼控制策略是整车主动悬架系统中的一个重要组成部分，它通过调节天棚阻尼器的工作状态来达到优化车辆悬架系统参数的目的。
下文将对整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略进行详细阐述。
整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略的目标是提高车辆的行驶舒适性和稳定性。
行驶舒适性是指车辆在行驶过程中给乘车人员带来的舒适感，稳定性是指车辆在各种工况下保持稳定的能力。
天棚阻尼器在整车主动悬架系统中起到了关键作用，它负责控制车辆的悬架系统的阻尼特性，从而通过调节车辆的垂直动态性能来改善车辆的行驶舒适性和稳定性。
在整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略中，首先需要对车辆的动态特性进行建模和分析。
通过对车辆的动力学特性和悬架系统的特性进行建模，可以得到车辆在不同工况下的阻尼需求以及天棚阻尼器的工作要求。
然后，基于车辆建模结果，可以进一步设计天棚阻尼器的控制算法。
天棚阻尼器的控制算法旨在根据车辆的动态需求调节阻尼器的工作状态，从而使车辆在行驶过程中保持良好的舒适性和稳定性。
常见的天棚阻尼器控制算法有PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
这些控制算法可以根据车辆的动态特性进行调整，以得到最佳的阻尼调节效果。
最后，在整车主动悬架系统中，还需要采用适当的传感器来获取车辆的动态信息，如车辆的加速度、车身倾斜角等，以及天棚阻尼器的状态信息。
这些传感器可以通过信号处理和滤波技术对车辆的动态特性进行准确的测量和分析，为天棚阻尼控制策略提供必要的输入。
总之，整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略是一项关键的技术，它通过调节车辆的悬架系统参数来改善车辆的行驶舒适性和稳定性。
在整车主动悬架系统中，需要建立车辆的动态模型、设计合适的控制算法，并采用适当的传感器来获取车辆的动态信息。
通过有效的天棚阻尼控制策略，可以优化整车主动悬架系统的性能，提高车辆的行驶舒适性和稳定性。
《2024年连续可调阻尼减振器设计与半主动悬架的控制算法仿真》范文
《连续可调阻尼减振器设计与半主动悬架的控制算法仿真》篇一一、引言随着汽车工业的不断发展，汽车悬架系统的设计与优化逐渐成为汽车研发的关键领域之一。
连续可调阻尼减振器作为现代汽车悬架系统的重要组成部分，其设计及性能的优劣直接关系到汽车的行驶平稳性、乘坐舒适性以及操控稳定性。
同时，半主动悬架控制算法的研发也是提升汽车性能的重要手段。
本文将重点探讨连续可调阻尼减振器的设计及半主动悬架的控制算法仿真。
二、连续可调阻尼减振器设计1. 设计理念连续可调阻尼减振器设计的核心思想是通过改变阻尼力的大小，实现对汽车振动的有效控制。
这种减振器可以根据不同的行驶工况和路况，自动调整阻尼力，以达到最佳的减振效果。
2. 设计参数设计过程中，需要考虑的主要参数包括减振器的结构、材料、阻尼力范围、响应速度等。
其中，阻尼力的大小是关键因素，需要根据不同的需求进行精确计算和调整。
此外，减振器的结构也需要根据实际需求进行优化设计，以提高其耐用性和可靠性。
3. 设计流程设计流程包括理论计算、仿真分析、样机试制、性能测试等步骤。
在理论计算阶段，需要建立数学模型，对减振器的性能进行预测和分析。
仿真分析阶段则通过计算机仿真软件对设计进行验证和优化。
样机试制阶段则根据仿真结果制造出实际样机，进行性能测试。
三、半主动悬架控制算法仿真1. 控制算法选择半主动悬架控制算法的选择对于提高汽车行驶平稳性和乘坐舒适性至关重要。
常见的控制算法包括天棚阻尼控制算法、预瞄控制算法、模糊控制算法等。
这些算法各有优缺点，需要根据实际需求进行选择和优化。
2. 仿真模型建立在仿真分析阶段，需要建立汽车悬架系统的仿真模型。
这个模型应该能够真实地反映汽车在实际行驶过程中的振动特性。
同时，还需要建立减振器和控制算法的仿真模型，以便对整体性能进行评估和优化。
3. 仿真结果分析通过仿真分析，可以得出半主动悬架在不同工况和路况下的性能表现。
这些结果可以用于评估控制算法的优劣，以及为实际样机的试制和性能测试提供参考依据。
电控悬架控制系统
（1）电磁式悬架执行器
（2）步进电机式执行器
2、可调式减振器：
可调式减振器装在空气弹簧下面，与 空气弹簧一起构成悬架支柱，上端与 车架连接，下端装在悬架摆臂上，阻 尼系数和刚度可调。可得到减振器减 振阻尼力软、中、硬3级变化。
3、空气弹簧：
空气弹簧安装于可调减振器上端，与可 调式减振器一起构成悬架支柱，上端与 车架相连接，下端装在悬架摆臂上。主 副气室之间由连通阀相连，连通阀由悬 架控制执行器通过连通阀控制杆来控制 ，以连通或关闭主、副气室之间的空气 通道，使空气弹簧的有效工作容积改变 ，从而使空气弹簧的刚度发生变化。
悬架ECU根据从加速度传感器接收 到的信号计算出4个车轮的弹簧支承 质量的垂直加速度。此外，悬架 ECU还通过高度传感器计算出弹簧 支承质量和非弹簧支承质量之间的 相对速度。根据这些数据，悬架 ECU把4个车轮的减振阻尼控制在最 佳值，以获得稳定的汽车行驶状态
三、悬架执行器
1、 悬架控制执行器
装在各空气弹簧和可调减振器的上方， UcF10的悬架控制执行器是一个有3步动 作的电磁阀；ucF20的则是一个有9步动 作的步进电机。执行器同时驱动减振器 的转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减 振器的减振阻尼和空气弹簧的刚度； 对于ucF20车型，执行器只驱动减振器的 转阀。
6、驻车功能
悬架ECU根据点火开关ON信号，对车身 高度进行调节（关闭点火开关、车身降低 ，开启点火开关、车身升高）
7、高度自动控制功能
根据车身高度传感器信号，始终监测 汽车车身高度，一直保持标准高度。
8、不平道路控制功能
根据车身高度传感器信号的变化频率 对悬架高度调高，阻尼系数或弹性刚 度调低。
悬架ECU利用这一信号判断汽车 是否在制动。使弹簧刚度和减振阻 尼变成 “硬”状态。防止汽车制 动“点”头，使汽车的姿势变化减 至最小。
汽车底盘电控技术-5-电控悬架系统
使弹簧刚度变成“硬”状态和使减振阻尼变 成“中”状态。该项控制能改善汽车高速行驶时 的稳定性和操纵性
弹簧刚度和减振阻尼控制
不平整道路 控制
颠动控制
使弹簧刚度和减振阻尼视需要变成“中”或“ 软”状态，以抑制汽车车身在悬架上下跳动， 改善汽车在不平坦道路上行驶时的乘坐舒适 性
光电耦合元件的状态与车高的对照表
车高
1
光电耦合元件的状态
2
3
车高范围
计算结果
4
OFF
OFF
ON
OFF
15
过高
高
OFF
OFF
ON
ON
14
ON
OFF
ON
ON
13
ON
OFF
ON
OFF
12
高
ON
OFF
OFF
OFF
11
ON
OFF
OFF
ON
10
ON
ON
OFF
ON
9
普通
ON
ON
OFF
OFF
8
ON
ON
ON
OFF
一般原理：
利用传感器（包括开关）检测汽车行驶时路面的状况和车 身的状态，输入ECU后进行处理，然后通过驱动电路控制 悬架系统的执行器动作，完成悬架特性参数的调整。
二、传感器的结构与工作原理
转向盘转角传感器
传感器位置
加速度传感器
车身高度传感器 加速度传感器
车身高度传感器
1、转向盘转角传感器
【作用】检测转向盘的中间位置、转动方向、转向角 度和转动角度。以判断转向时侧向力的大小和方向， 以控制车身的侧倾。
汽车主动悬架系统的有限频率H∞控制
Finite Frequency H∞ Control for Vehicle Active Suspension SystemsWeichao Sun, Huijun Gao, Senior Member, IEEE, and Okyay Kaynak,Fellow, IEEEIEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMSTECHNOLOGY, VOL. 19, NO. 2, MARCH 2011汽车主动悬架系统的有限频率H∞控制孙伟超，高辉俊，电气和电子工程师协会高级成员，奥基艾·凯内克，电气和电子工程师协会研究员电气电子工程师协会控制系统技术，卷19，2号，2011年3月摘要简要说明H∞控制在有限的频域主动悬架系统的控制问题。
H∞的性能是用来衡量乘坐的舒适性，因此更应该考虑一般的道路干挠。
通过使用广义卡尔曼-Yakubovich波波夫-（KYP）引理，从扰动到受控输出常态H∞控制被降低特定频带，提高乘坐舒适度。
与整个频率的方法相比，有限的频率的方法更有效地抑制振动有关的频率范围。
另外，对时域的限制，这代表了车辆悬架的性能要求，保证在控制器的设计。
状态反馈控制器设计的线性矩阵不等式（LMI）优化的框架。
四分之一汽车主动悬架系统模型被认为是在这个简短的和一个数值的例子用来说明该方法的有效性。
关键词：主动悬架系统，约束，有限的频率，广义KYP引理，H∞控制。
一、引言车辆悬架系统基本上由横臂，弹簧和减震器的传输和过滤器与道路之间的所有力组成。
弹簧是进行体质量和隔离的身体道路干扰，从而有助于乘坐舒适性。
减震器的任务是车身和车轮的振动阻尼，其中避免车轮振荡的直接造成乘坐安全。
由于车辆悬架系统的乘坐舒适性和安全性负责，它在现代汽车中起着重要的作用。
近年来,很多一直努力开发模型悬架系统和定义设计规范,反映了主要目标需要考虑。
在这个意义上，乘坐的舒适性，行驶能力，悬架动挠度，和致动器的饱和度被认为是控制方案解决的重要因素。
月永冲路面下电动汽车主动悬架状态反馈H∞控制
月永冲路面下电动汽车主动悬架状态反馈H∞控制作者：李杰贾长旺成林海赵旗来源：《湖南大学学报·自然科学版》2022年第08期摘要：针对轮毂电机对电动汽车平顺性的负效应，建立轮毂电机电动汽车四自由度振动平面模型，研究被动悬架和主动悬架对电动汽车脉冲平顺性的影响.应用约束状态H∞控制方法，设计轮毂电机电动汽车主动悬架控制策略，开发了MATLAB/Simulink控制仿真模型.分析无偏心、10%偏心率和20%偏心率对轮毂电机激励的影响，比较轮毂电机电动汽车被动悬架和主动悬架的脉冲路面振动响应的时间历程和4种情况的平顺性评价指标，研究结果表明，轮毂电机偏心对电动汽车产生振动激励，既影响脉冲路面平顺性，也影响状态反馈H∞控制效果.关键词：电动汽车；主动悬架系统；鲁棒控制；状态反馈；脉冲路面中图分类号：U469.72文献标志码：AState Feedback H∞Control for Active Suspension of Electric Vehicles on Pulse RoadLI Jie，JIA Changwang，CHENG Linhai，ZHAO Qi（State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun 130025，China）Abstract：Aiming at the negative effect of a hub motor on the ride comfort of an electric vehicle，a four-degree of freedom vibration plane model of hub motor electric vehicle is established，in order to study the influence of passive suspension and active suspension on the pulse road ride comfort of the electric vehicle. An active suspension control strategy for hub motor electric vehicles is designed，and MATLAB/Simulink control simulation model is developed with the constrained state H∞control method. The effects of no eccentricity，10% eccentricity，and 20% eccentricity on the excitation of the hub motor are analyzed. The time history of pulse road vibration response of passive suspension and active suspension of hub motor electric vehicle，as well as the ride comfort evaluation indexes of four cases，are compared. The results show that the eccentricity of the hub motor can produce vibration excitation on the electric vehicle，which not only affects the pulse road ride comfort but also affects the state feedback H∞control.Key words：electric vehicles；active suspension systems；robust control；state feedback；pulse road與集中式电动汽车相比，轮毂电机电动汽车简化了传动结构，驱动响应快、驱动控制精确和各个车轮独立可控，是底盘优化和控制的理想载体[1-3].然而，轮毂电机也带来平顺性负效应问题[4-6].针对轮毂电机平顺性负效应问题，已经提出了多种改善方法，涉及轮毂电机轻量化、悬架优化、动力吸振器应用、悬架控制等方面.轮毂电机轻量化是从电机设计方面考虑电机减振[7]，可以减轻非簧载质量，但是难以改变安装电机后汽车发生的变化.悬架优化是通过关键参数优化和结构改进减轻轮毂电机带来的平顺性负效应[6，8]，只能针对特定的路面和车速实现优化，无法全面适应路面和车速的各种变化.动力吸振器可以减少轮毂电机的振动[9]，但会产生在车轮内布置困难和结构复杂化的问题.悬架控制主要围绕悬架控制策略设计和执行器开发等展开，轮毂电机电动汽车可以采用PID[10]、模糊[11]、天棚[12]、地棚[13]、天棚地棚混合[13]、最优[14]和H∞[15]等控制策略，目前主要针对单轮实现悬架控制，缺乏考虑前后车轮和空间车轮悬架控制的研究，也没有考虑电机偏心的影响.悬架控制执行器开发是通过半主动悬架[16]和主动悬架[17]实现的，半主动悬架执行器目前主要采用磁流变阻尼器[11]，通过控制阻尼力实现，需要外部能量较少；主动悬架主要包括电磁执行器[13]和液压执行器[15]，一般通过输入电能产生主动力，需要外部能量较大.作为改善轮毂电机平顺性负效应的一种有力措施，主动悬架具有控制更好的优点.然而，主动悬架应用需要解决内部不确定性和外部干扰影响的鲁棒控制问题[18]，轮毂电机电动汽车主动悬架鲁棒控制，即H∞控制的研究还有待深入开展.当汽车在道路上行驶时，会遇到脉冲路面，如道路上的凸起或减速带等障碍.虽然脉冲路面的作用时间较短，但会使汽车振动突然加大，立刻降低乘员舒适性，还会对车辆零部件和运载货物造成损伤或破坏.以往的研究较少考虑脉冲路面对轮毂电机电动汽车平顺性的影响，针对轮毂电机电动汽车脉冲路面平顺性开展研究，将使轮毂电机电动汽车平顺性的研究更加全面.本文研究轮毂电机电动汽车状态反馈H∞控制问题，考虑脉冲路面和轮毂电机实现脉冲路面主动悬架和被动悬架的平顺性对比分析.1轮毂电机电动汽车振动模型1.1脉冲路面车轮激励GB/T 4970—2009规定[19]，脉冲路面车轮激励由三角形凸块确定.脉冲路面前轮激励q f （t）为：式中：u为车速；h为凸块高度；l为凸块长度；t0为汽车以车速u行驶时前轮到达凸块的时间.脉冲路面后轮激励q r（t）为：q r（t）=q f（t-t d），t d=L/u（2）式中：L为车辆轴距；t d为后轮滞后前轮的时间.1.2轮毂电机激励选取典型的四相8/6极开关磁阻电机作为轮毂电机，其垂向激励为单相转子垂向激励之和[13，20]，即式中：F v为电机垂向激励；F vj分别为6个单相转子a、b、c、a′、b′和c′的垂向激励.1.3车辆模型以往研究轮毂电机电动汽车平顺性，多采用汽车二自由度振动单轮模型，具有可以揭示基本概念、基本性能和分析简单明确等优点.然而，二自由度振动单轮模型反映的是汽车一个角的作用，即单个车轮及其上面部分簧载质量的作用，只能用于研究簧载质量和车轴非簧载质量的垂直振动，无法反映簧载质量同时存在的垂直振动和俯仰振动以及两种运动对平顺性的影响，与汽车实际存在差距.而汽车四自由度振动平面模型既能反映车身质量的垂直振动和俯仰振动，也能反映前轴和后轴的非簧载质量的垂直振動，是研究轮毂电机电动汽车平顺性更合适的模型[21].基于上述分析，建立包含轮毂电机的电动汽车四自由度振动平面模型，如图1所示.在图1中，m s和I sL分别为簧载质量和簧载俯仰转动惯量；m uf和m ur分别为包含电机质量的前轴和后轴的非簧载质量；c sf和c sr分别为前轴和后轴的悬架阻尼；k sf和k sr分别为前轴和后轴的悬架刚度；k tf和k tr分别为前轴和后轴的轮胎刚度；L f和L r分别为簧载质量质心与前轴和后轴的距离；F vf和F vr分别为前轴和后轴的电机垂向激励；F af和F ar分别为前轴和后轴的悬架控制力；z s和φs分别为簧载质量的垂向位移和俯仰角位移；z sf和z sr分别为前轴和后轴的悬架与簧载质量连接点垂向位移；z uf和z ur分别为前轴和后轴的非簧载质量垂向位移.1.4微分方程针对z sf、z sr、z uf和z ur，由Lagrange方程建立4个自由度的微分方程如下：1.5状态方程其中由可控性定理[18]，上述状态方程可以实现主动悬架控制.此外，当u（t）=0时，上述状态方程也适用于考虑被动悬架的轮毂电机电动汽车.2约束状态反馈H∞控制方法2.1线性矩阵不等式及其求解线性矩阵不等式F（x）<0，表示对于任意n维非零向量u，u T F（x）u<0.F（x）的具体表示如下：式中：x i=[x1，x2，…，x m]T为待求的m维向量；F0和F i=F i T为已知的n×n阶对称矩阵.通过MATLAB的LMI工具箱可以求解得到x*，以使F（x*）<0（11）成立，或者无解.2.2约束状态反馈H∞控制考虑如下表示：u（t）=Kx（t）（13）式中：K为状态反馈增益矩阵.约束状态反馈H∞控制问题，可以描述为：对于给定常数γ>0，求使得闭环系统稳定的状态反馈控制方程.对应式（12）第一个方程和第二个方程，有式中：Q=P-1；N=KQ；ρ=γ2w max；w max=max w（t）.通过式（14）和式（15），约束状态反馈H∞控制问题转化为线性矩阵不等式求解问题.在已知A、B1、B2、C1、D1、C2、D2和γ的条件下，其求解过程为：首先，求解式（14）和式（15）表示的线性矩阵不等式得到Q和N；其次，由Q和N确定K=NQ-1，将u（t）=Kx（t）代入式（12）第一个方程求解，得到约束状态反馈H∞控制的状态向量x（t）；最后，由式（12）后两个方程得到控制输出向量z u（t）和约束输出向量z（t）.当汽车在道路上行驶时，会遇到脉冲路面，如道路上的凸起或减速带等障碍.虽然脉冲路面的作用时间较短，但会使汽车振动突然加大，立刻降低乘员舒适性，还会对车辆零部件和运载货物造成损伤或破坏.以往的研究较少考虑脉冲路面对轮毂电机电动汽车平顺性的影响，针对轮毂电机电动汽车脉冲路面平顺性开展研究，将使轮毂电机电动汽车平顺性的研究更加全面.本文研究轮毂电机电动汽车状态反馈H∞控制问题，考虑脉冲路面和轮毂电机实现脉冲路面主动悬架和被动悬架的平顺性对比分析.1轮毂电机电动汽车振动模型1.1脈冲路面车轮激励GB/T 4970—2009规定[19]，脉冲路面车轮激励由三角形凸块确定.脉冲路面前轮激励q f （t）为：式中：u为车速；h为凸块高度；l为凸块长度；t0为汽车以车速u行驶时前轮到达凸块的时间.脉冲路面后轮激励q r（t）为：q r（t）=q f（t-t d），t d=L/u（2）式中：L为车辆轴距；t d为后轮滞后前轮的时间.1.2轮毂电机激励选取典型的四相8/6极开关磁阻电机作为轮毂电机，其垂向激励为单相转子垂向激励之和[13，20]，即式中：F v为电机垂向激励；F vj分别为6个单相转子a、b、c、a′、b′和c′的垂向激励.1.3车辆模型以往研究轮毂电机电动汽车平顺性，多采用汽车二自由度振动单轮模型，具有可以揭示基本概念、基本性能和分析简单明确等优点.然而，二自由度振动单轮模型反映的是汽车一个角的作用，即单个车轮及其上面部分簧载质量的作用，只能用于研究簧载质量和车轴非簧载质量的垂直振动，无法反映簧载质量同时存在的垂直振动和俯仰振动以及两种运动对平顺性的影响，与汽车实际存在差距.而汽车四自由度振动平面模型既能反映车身质量的垂直振动和俯仰振动，也能反映前轴和后轴的非簧载质量的垂直振动，是研究轮毂电机电动汽车平顺性更合适的模型[21].基于上述分析，建立包含轮毂电机的电动汽车四自由度振动平面模型，如图1所示.在图1中，m s和I sL分别为簧载质量和簧载俯仰转动惯量；m uf和m ur分别为包含电机质量的前轴和后轴的非簧载质量；c sf和c sr分别为前轴和后轴的悬架阻尼；k sf和k sr分别为前轴和后轴的悬架刚度；k tf和k tr分别为前轴和后轴的轮胎刚度；L f和L r分别为簧载质量质心与前轴和后轴的距离；F vf和F vr分别为前轴和后轴的电机垂向激励；F af和F ar分别为前轴和后轴的悬架控制力；z s和φs分别为簧载质量的垂向位移和俯仰角位移；z sf和z sr分别为前轴和后轴的悬架与簧载质量连接点垂向位移；z uf和z ur分别为前轴和后轴的非簧载质量垂向位移.1.4微分方程针对z sf、z sr、z uf和z ur，由Lagrange方程建立4个自由度的微分方程如下：1.5状态方程其中由可控性定理[18]，上述状态方程可以实现主动悬架控制.此外，当u（t）=0时，上述状态方程也适用于考虑被动悬架的轮毂电机电动汽车.2约束状态反馈H∞控制方法2.1线性矩阵不等式及其求解线性矩阵不等式F（x）<0，表示对于任意n维非零向量u，u T F（x）u<0.F（x）的具体表示如下：式中：x i=[x1，x2，…，x m]T为待求的m维向量；F0和F i=F i T为已知的n×n阶对称矩阵.通过MATLAB的LMI工具箱可以求解得到x*，以使F（x*）<0（11）成立，或者无解.2.2约束状态反馈H∞控制考虑如下表示：u（t）=Kx（t）（13）式中：K为状态反馈增益矩阵.约束状态反馈H∞控制问题，可以描述为：对于给定常数γ>0，求使得闭环系统稳定的状态反馈控制方程.对应式（12）第一个方程和第二个方程，有式中：Q=P-1；N=KQ；ρ=γ2w max；w max=max w（t）.通过式（14）和式（15），约束状态反馈H∞控制问题转化为线性矩阵不等式求解问题.在已知A、B1、B2、C1、D1、C2、D2和γ的条件下，其求解过程为：首先，求解式（14）和式（15）表示的线性矩阵不等式得到Q和N；其次，由Q和N确定K=NQ-1，将u（t）=Kx（t）代入式（12）第一个方程求解，得到约束状态反馈H∞控制的状态向量x（t）；最后，由式（12）后两个方程得到控制输出向量z u（t）和约束输出向量z（t）.当汽车在道路上行驶时，会遇到脉冲路面，如道路上的凸起或减速带等障碍.虽然脉冲路面的作用时间较短，但会使汽车振动突然加大，立刻降低乘员舒适性，还会对车辆零部件和运载货物造成损伤或破坏.以往的研究较少考虑脉冲路面对轮毂电机电动汽车平顺性的影响，针对轮毂电机电动汽车脉冲路面平顺性开展研究，将使轮毂电机电动汽车平顺性的研究更加全面.本文研究轮毂电机电动汽车状态反馈H∞控制问题，考虑脉冲路面和轮毂电机实现脉冲路面主动悬架和被动悬架的平顺性对比分析.1轮毂电机电动汽车振动模型1.1脉冲路面车轮激励GB/T 4970—2009规定[19]，脉冲路面车轮激励由三角形凸块确定.脉冲路面前轮激励q f （t）为：式中：u为车速；h为凸块高度；l为凸块长度；t0为汽车以车速u行驶时前轮到达凸块的时间.脉冲路面后轮激励q r（t）为：q r（t）=q f（t-t d），t d=L/u（2）式中：L为车辆轴距；t d为后轮滞后前轮的时间.1.2轮毂电机激励选取典型的四相8/6极开关磁阻电机作为轮毂电机，其垂向激励为单相转子垂向激励之和[13，20]，即式中：F v为电机垂向激励；F vj分别为6个单相转子a、b、c、a′、b′和c′的垂向激励.1.3车辆模型以往研究轮毂电机电动汽车平顺性，多采用汽车二自由度振动单轮模型，具有可以揭示基本概念、基本性能和分析简单明确等优点.然而，二自由度振动单轮模型反映的是汽车一个角的作用，即单个车轮及其上面部分簧载质量的作用，只能用于研究簧载质量和车轴非簧载质量的垂直振动，无法反映簧载质量同时存在的垂直振动和俯仰振动以及两种运动对平顺性的影响，与汽车实际存在差距.而汽车四自由度振动平面模型既能反映车身质量的垂直振动和俯仰振动，也能反映前轴和后轴的非簧载质量的垂直振动，是研究轮毂电机电动汽车平顺性更合适的模型[21].基于上述分析，建立包含轮毂电机的电动汽车四自由度振动平面模型，如图1所示.在图1中，m s和I sL分别为簧载质量和簧载俯仰转动惯量；m uf和m ur分别为包含电机质量的前轴和后轴的非簧载质量；c sf和c sr分别为前轴和后轴的悬架阻尼；k sf和k sr分别为前轴和后轴的悬架刚度；k tf和k tr分别为前轴和后轴的轮胎刚度；L f和L r分别为簧载质量质心与前轴和后轴的距离；F vf和F vr分别为前轴和后轴的电机垂向激励；F af和F ar分别为前轴和后轴的悬架控制力；z s和φs分别为簧载质量的垂向位移和俯仰角位移；z sf和z sr分别为前轴和后轴的悬架与簧载质量连接点垂向位移；z uf和z ur分别为前轴和后轴的非簧载质量垂向位移.1.4微分方程针对z sf、z sr、z uf和z ur，由Lagrange方程建立4个自由度的微分方程如下：1.5状态方程其中由可控性定理[18]，上述状态方程可以实现主动悬架控制.此外，当u（t）=0时，上述状态方程也适用于考虑被动悬架的轮毂电机电动汽车.2约束状态反馈H∞控制方法2.1线性矩阵不等式及其求解线性矩阵不等式F（x）<0，表示对于任意n维非零向量u，u T F（x）u<0.F（x）的具体表示如下：式中：x i=[x1，x2，…，x m]T为待求的m维向量；F0和F i=F i T为已知的n×n阶对称矩阵.通过MATLAB的LMI工具箱可以求解得到x*，以使F（x*）<0（11）成立，或者无解.2.2约束状态反馈H∞控制考虑如下表示：u（t）=Kx（t）（13）式中：K为状态反馈增益矩阵.约束状态反馈H∞控制问题，可以描述为：对于给定常数γ>0，求使得闭环系统稳定的状态反馈控制方程.对应式（12）第一个方程和第二个方程，有式中：Q=P-1；N=KQ；ρ=γ2w max；w max=max w（t）.通過式（14）和式（15），约束状态反馈H∞控制问题转化为线性矩阵不等式求解问题.在已知A、B1、B2、C1、D1、C2、D2和γ的条件下，其求解过程为：首先，求解式（14）和式（15）表示的线性矩阵不等式得到Q和N；其次，由Q和N确定K=NQ-1，将u（t）=Kx（t）代入式（12）第一个方程求解，得到约束状态反馈H∞控制的状态向量x（t）；最后，由式（12）后两个方程得到控制输出向量z u（t）和约束输出向量z（t）.当汽车在道路上行驶时，会遇到脉冲路面，如道路上的凸起或减速带等障碍.虽然脉冲路面的作用时间较短，但会使汽车振动突然加大，立刻降低乘员舒适性，还会对车辆零部件和运载货物造成损伤或破坏.以往的研究较少考虑脉冲路面对轮毂电机电动汽车平顺性的影响，针对轮毂电机电动汽车脉冲路面平顺性开展研究，将使轮毂电机电动汽车平顺性的研究更加全面.本文研究轮毂电机电动汽车状态反馈H∞控制问题，考虑脉冲路面和轮毂电机实现脉冲路面主动悬架和被动悬架的平顺性对比分析.1轮毂电机电动汽车振动模型1.1脉冲路面车轮激励GB/T 4970—2009规定[19]，脉冲路面车轮激励由三角形凸块确定.脉冲路面前轮激励q f （t）为：式中：u为车速；h为凸块高度；l为凸块长度；t0为汽车以车速u行驶时前轮到达凸块的时间.脉冲路面后轮激励q r（t）为：q r（t）=q f（t-t d），t d=L/u（2）式中：L为车辆轴距；t d为后轮滞后前轮的时间.1.2轮毂电机激励选取典型的四相8/6极开关磁阻电机作为轮毂电机，其垂向激励为单相转子垂向激励之和[13，20]，即式中：F v为电机垂向激励；F vj分别为6个单相转子a、b、c、a′、b′和c′的垂向激励.1.3车辆模型以往研究轮毂电机电动汽车平顺性，多采用汽车二自由度振动单轮模型，具有可以揭示基本概念、基本性能和分析简单明确等优点.然而，二自由度振动单轮模型反映的是汽车一个角的作用，即单个车轮及其上面部分簧载质量的作用，只能用于研究簧载质量和车轴非簧载质量的垂直振动，无法反映簧载质量同时存在的垂直振动和俯仰振动以及两种运动对平顺性的影响，与汽车实际存在差距.而汽车四自由度振动平面模型既能反映车身质量的垂直振动和俯仰振动，也能反映前轴和后轴的非簧载质量的垂直振动，是研究轮毂电机电动汽车平顺性更合适的模型[21].基于上述分析，建立包含轮毂电机的电动汽车四自由度振动平面模型，如图1所示.在图1中，m s和I sL分别为簧载质量和簧载俯仰转动惯量；m uf和m ur分别为包含电机质量的前轴和后轴的非簧载质量；c sf和c sr分别为前轴和后轴的悬架阻尼；k sf和k sr分别为前轴和后轴的悬架刚度；k tf和k tr分别为前轴和后轴的轮胎刚度；L f和L r分别为簧载质量质心与前轴和后轴的距离；F vf和F vr分别为前轴和后轴的电机垂向激励；F af和F ar分别为前轴和后轴的悬架控制力；z s和φs分别为簧载质量的垂向位移和俯仰角位移；z sf和z sr分别为前轴和后轴的悬架与簧载质量连接点垂向位移；z uf和z ur分别为前轴和后轴的非簧载质量垂向位移.1.4微分方程针对z sf、z sr、z uf和z ur，由Lagrange方程建立4個自由度的微分方程如下：1.5状态方程其中由可控性定理[18]，上述状态方程可以实现主动悬架控制.此外，当u（t）=0时，上述状态方程也适用于考虑被动悬架的轮毂电机电动汽车.2约束状态反馈H∞控制方法2.1线性矩阵不等式及其求解线性矩阵不等式F（x）<0，表示对于任意n维非零向量u，u T F（x）u<0.F（x）的具体表示如下：式中：x i=[x1，x2，…，x m]T为待求的m维向量；F0和F i=F i T为已知的n×n阶对称矩阵.通过MATLAB的LMI工具箱可以求解得到x*，以使F（x*）<0（11）成立，或者无解.2.2约束状态反馈H∞控制考虑如下表示：u（t）=Kx（t）（13）式中：K为状态反馈增益矩阵.约束状态反馈H∞控制问题，可以描述为：对于给定常数γ>0，求使得闭环系统稳定的状态反馈控制方程.对应式（12）第一个方程和第二个方程，有式中：Q=P-1；N=KQ；ρ=γ2w max；w max=max w（t）.通过式（14）和式（15），约束状态反馈H∞控制问题转化为线性矩阵不等式求解问题.在已知A、B1、B2、C1、D1、C2、D2和γ的条件下，其求解过程为：首先，求解式（14）和式（15）表示的线性矩阵不等式得到Q和N；其次，由Q和N确定K=NQ-1，将u（t）=Kx（t）代入式（12）第一个方程求解，得到约束状态反馈H∞控制的状态向量x（t）；最后，由式（12）后两个方程得到控制输出向量z u（t）和约束输出向量z（t）.。
基于电动汽车主动轮的电磁悬架控制研究
文章编号：2095－6835（2022）06－0044－04基于电动汽车主动轮的电磁悬架控制研究＊陈正科1，易星2（1.江西科技学院人工智能学院，江西南昌330098；2.江西科技学院协同创新中心，江西南昌330098）摘要：随着电动汽车的发展以及乘员对乘坐舒适性要求的提高，电动汽车的悬架系统愈发重要，电动汽车的悬架系统直接影响汽车在行驶过程中的平顺性和操纵稳定性。
由于电磁作动器具有响应速度快、结构简单、控制精度高等特点，已经成为主动悬架作动器的首选。
对电磁作动器的控制电路进行有序分析，通过控制电流达到减速运动的目的，设计基于车辆1/4电磁悬架系统的预测控制方法，分别针对冲击瞬时偏差和随机不平路面进行仿真分析。
仿真结果表明，预测模型控制可以提高电动汽车主动悬架振动的效果，使汽车获得较好的操纵稳定性和平顺性。
关键词：电动汽车；电磁悬架；电流滞环控制；模型预测控制中图分类号：U463.33文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.06.015由于能源缺乏和环境污染，电动汽车已经成为各个国家发展汽车产业的重点所在，而轮毂电机技术是发展电动汽车的关键之一。
其主要原因是轮毂电机驱动省去了诸多的动力—传动系统，如变速器、减速器、传动轴等。
相对于传统的集中电机驱动，有效提高了空间利用和传动的效率，更容易实现复杂的运动和动力学控制。
因此，轮毂电机在电动汽车上的研究与应用也得到了长足的发展，尤其是主动轮的研究，更是得到了广大学者的重视。
主动轮将车辆的动力、转向和减震装置集中于一体，有效提高了电动汽车的控制精度，同时还节省了空间。
由于轮毂电机特有的独特动力布置形式，使得装载该电机的车辆在行驶过程中的安全性会下降。
同时又因为引入了轮毂电机，使得汽车整车的车轮转动惯性和非簧载质量有了明显上升，这也加大了车辆的加速性能的影响，使得轮胎抓地能力下降和载荷增大，汽车在比较差的路面上行驶时，增加了侧翻的风险，从而导致汽车的行驶稳定性和安全性降低。
汽车电控内容1：ECAS(电控空气悬架系统概述)(2课时)
2）独立悬架
每一侧车轮单独通过悬架与车架相连，每个车轮能独立上下跳动而互不影响。
优点：在不平路上行驶时可减少车架和车身的震动。 减少了非簧载质量。 提高行驶稳定性和平顺性。
类型：麦弗逊式悬架—广泛用于FF轿车的前悬架
4.按照控制方式分
按照控制方式分不同，汽车悬架系统通常分为传统被动式悬架（Passive Suspension）、半主动式悬架（semi-active suspension）、主动式悬架(Active Suspension)三类。 其中半主动式又分为有级半主动式（阻尼力有级可调）和无级半主动式（阻尼力 连续可调）两种；主动式悬架根据频带和能量消耗的不同，分为全主动式（频带 宽大于15Hz）和慢全主动式（频带宽3～6Hz）；而根据驱动机构和介质的不同， 可分为由电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动机驱动的空气主动式悬架。
控制项目
功能
防侧倾控制
使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制侧倾而使汽车的姿势变化减至最小
防点头控制 防下坐控制 高车速控制 不平整路面控制
颠动控制 跳振控制 自动高度控制 点火开关off控制
使弹簧刚度和减振力能抑制汽车制动时的点头而使汽车的姿势变化减至最小
使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制汽车加速时的后部下坐而使汽车的姿势 变化减至最小
纵稳定性。
半主动悬架：仅悬架刚度、阻尼之一可调
主动悬架：悬架阻尼和刚度都可调 油气式主动悬架 空气式主动悬架
通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相 适应。
其基本功能如下： 1．车高调整 2．减振器阻尼力控制 3．弹簧刚度控制
电子控制悬架系统的种类
控制功能
电控悬架系统控制功能表
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西 南 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
第 39 卷
性 试 验 台 ,进 行 不 同 阻 尼 模 式 下 的 固 有 频 率 试 验 和 车 身 振 动 加 速 度 响 应 的 频 谱 分 析 .
1 工作原理
阻尼多模式切换可调减振器的简化结构及工作原理如图1所 示,为 充 气 式 减 振 器.减 振 器 工 作 缸 筒 的 下部有浮动活塞,浮动活塞在减振器的补偿腔内,浮动活塞将压缩氮气与减 振 油 液 分 隔 开;减 振 器 工 作 缸 筒的壁内有一环形缝隙,减振器上下腔 内 减 振 液 具 有 3 个 流 通 路 径,分 别 为 活 塞 上 的 节 流 孔、环 形 缝 隙、 阻尼调节阀.
表1 阻尼多模式切换可调减振器电磁阀组合逻辑关系
减振力状态
1 2 3 4
减振阀
拉伸状态
压缩状态软Fra bibliotek软软
硬
硬
软
硬
硬
阀控制
电 磁 阀y1
电 磁 阀y2
打开
打开
关闭
打开
打开
关闭
关闭
关闭
阻 尼 多 模 式 切 换 减 振 器 的 4 种 工 作 状 态 分 别 适 应 不 同 的 行 驶 工 况 ,“软 压 缩 软 回 弹 ”阻 尼 模 式 适 用 于 普 通 路 面 的 行 驶 条 件 ;“硬 压 缩 软 回 弹 ”模 式 适 用 于 高 速 行 驶 工 况 ,硬 压 缩 保 证 高 速 行 驶 时 的 行 驶 稳 定 性 ;“软 压 缩 硬 回 弹 ”模 式 适 用 于 路 面 粗 糙 复 杂 的 慢 速 行 驶 工 况 ,软 压 缩 适 于 缓 和 路 面 不 平 引 起 的 颠 簸 ;“硬 压 缩 硬 回 弹 ”模 式 适 用 于 系 统 发 生 故 障 时 ,保 证 系 统 的 稳 定 和 安 全 性 .
第 39 卷 第 10 期 Vol.39 No.10
西 南 大 学 学 报 (自然科学版) JournalofSouthwestUniversity (NaturalScienceEdition)
DOI:10.13718/ki.xdzk.2017.10.021
2017年10月 Oct. 2017
前悬架 簧 下/Hz 13.98 14.23 15.97 15.69
阻尼比 0.17 0.17 0.36 0.34
簧 上/Hz 1.78 1.79 1.79 1.87
后悬架 簧 下/Hz 13.37 13.94 14.01 13.02
阻尼比 0.22 0.36 0.34 0.26
图 4 是 前 、后 车 轮 分 别 受 到 脉 冲 输 入 ,同 时 减 振 器 分 别 在 不 同 阻 尼 模 式 时 车 身 (即 簧 上 质 量 )的 加 速 度 响应曲线,可以对比不同减振器阻尼模式下脉 冲 激 励 的 响 应.图 5 是 对 应 的 车 身 加 速 度 功 率 谱 密 度,曲 线 峰 值 对 应 的 横 坐 标 即 是 悬 架 的 固 有 频 率 .同 理 ,可 以 得 到 车 轮 部 分 (簧 下 质 量 )的 固 有 频 率 ,可 见 :
有频率小于前悬架,比值关系约为1∶1.1~1∶1,反映了 阻 尼 多 模 式 切 换 可 调 减 振 器 在 压 缩 行 程 和 回 弹 行 程 阻 尼
特 性 的 可 行 性 ,对 主 动 悬 架 系 统 及 其 控 制 策 略 的 设 计 具 有 重 要 的 理 论 研 究 价 值 和 工 程 应 用 前 景 .
① 收稿日期:2016 01 07 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (61503163);江 苏 省 “333 工 程 ”资 助 项 目 (BRA2016440);江 苏 省 “六 大 人 才 ”高 峰 项 目 (ZBZZ024);江 苏 省 高 校 优 秀 中 青 年 教 师 和 校 长 境 外 研 修 计 划 (2016). 作者简介:刘海妹(1981 ),女,山东博兴人,硕士,主要从事车辆动力学及控制的研究.
电动汽车主动悬架系统阻尼可 调减振器设计及固有频率试验①
刘海妹1,2,3, 倪 彰1,2,3, 贝绍轶1,2,3, 冯俊萍1,2,3
1. 江苏理工学院 汽车与交通工程学院,江苏 常州 213001;2. 汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130025; 3. 人工智能四川省重点实验室,四川 自贡 643000
第 10 期
刘 海 妹 ,等 :电 动 汽 车 主 动 悬 架 系 统 阻 尼 可 调 减 振 器 设 计 及 固 有 频 率 试 验
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图4 车身固有频率试验 表2 悬架固有频率与阻尼比
减振器状态
软压缩软回弹 硬压缩软回弹 软压缩硬回弹 硬压缩硬回弹
簧 上/Hz 1.51 1.54 1.51 1.71
多模式切换可调减振器减振支柱总成和电磁 阀 总 成.同 时 设 计 了 基 于INSTRON8800 单 通 道 数 字 控 制 液 压 伺 服 激
振台的阻尼多模式切换可调减振器试验台架系统,进行了 不 同 阻 尼 模 式 下 的 固 有 频 率 试 验 和 车 身 振 动 加 速 度 响 应
的频谱分析.结果表明:后悬架簧上质量的固有频率均高于前悬架,比值关系接近于1.2∶1,后悬架的簧 下 质 量 固
第 10 期
刘 海 妹 ,等 :电 动 汽 车 主 动 悬 架 系 统 阻 尼 可 调 减 振 器 设 计 及 固 有 频 率 试 验
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2 结构设计
基于以上原理,设计阻尼多模式切换可调减振器,减振器减振支柱总成图如图3(a)所示,减振支柱总成内部 结构图如图3(b)所示,电磁阀总成内部结构如图3(c)所示,主要由空气腔、减振器、阻尼调节器等部分组成.
关 键 词:电动汽车;主动悬架系统;阻尼可调减振器;多模式切换;阻尼特性;固有频率试验
中 图 分 类 号 :U463.4
文 献 标 志 码 :A
文章编号:1673 9868(2017)10 0147 08
减振器作为主动悬架控制系统的阻尼元 件,其 主 要 作 用 是 衰 减 振 动,改 善 平 顺 性 与 操 纵 稳 定 性.为 了 充分发挥悬架系统的减振性 能,要 求 减 振 器 具 有 可 变 的 阻 尼 系 数,以 满 足 在 不 同 的 行 驶 工 况 对 阻 尼 的 要 求 [1-2].改 变 减 振 器 阻 尼 系 数 的 实 现 方 式 主 要 有 改 变 减 振 器 阻 尼 液 的 粘 度 与 调 节 减 振 器 节 流 孔 面 积 [3].调 节 减振器阻尼液粘度系数的减振器有磁流变减振器与电流变减 振 器[4-5],调 节 节 流 孔 面 积 的 减 振 器 有 机 械 式 阻尼可调减振器、气动控制阻尼可调减振器、电磁阀控制阻尼可调减振器以及电机控制阻尼可调减振器 . [6]
目前,国内在阻尼可调减振 器 设 计 开 发 方 面 的 研 究 主 要 集 中 在 可 调 阻 尼 减 振 器 性 能 分 析[7]、试 验 研 究 及 [8] 其控制算法等方面[9].文献[10-11]提出了一种 串 联 节 流 口 面 积 可 调 式 减 振 器,通 过 改 变 转 角 调 节 节流口的节流面积来控制 阻 尼 力.如 何 在 同 一 模 式 下,使 减 振 器 的 拉 伸 和 压 缩 行 程 呈 现 出 不 同 的 阻 尼 特 性[9],并根据行驶工况对减振器拉伸和压缩行程的阻尼进行多模式切换 ,以 [12-15] 满足更复杂工况下的行驶 平 顺 性 与 操 纵 稳 定 性 要 求 ,具 有 重 要 的 理 论 研 究 价 值 和 应 用 前 景 .
摘要:为了增加电动汽车主动悬架系统阻尼可调减振 器 的 工 作 模 式 及 其 调 节 范 围,以 某 液 压 减 振 器 为 基 础,设 计
了一种阻尼多模式切换可调的减振器.分析了阻尼多模式切换可调减振器的工作原理及其阻尼特 性.基 于 阻 尼 多 模
式 切 换 可 调 减 振 器 的 “软 压 缩 软 回 弹 ”、“硬 压 缩 软 回 弹 ”、“软 压 缩 硬 回 弹 ”和 “硬 压 缩 硬 回 弹 ”工 作 模 式 ,设 计 了 阻 尼
图1 阻尼多模式切换可调减振器工作原理
图2 减振器压缩行程时减振液的流动路径
根据减振器压缩行程时减振液的流动路径,Qt 为 流 入 上 腔 内 的 油 液 流 量,Qb 为 从 减 振 器 下 腔 流 出 的 油液流量,Q1 为从活塞上的节流孔流回上腔的油液流量,Q2 为活塞下腔流进环 形 缝 隙 的 油 液 流 量,Qy 为 通过阻尼调节阀的油液流量,Qcrack为环形缝隙流进上腔的减振液流量,Qc 为流 进 补 偿 腔 的 油 液 流 量.根 据 阻 尼 多 模 式 切 换 可 调 减 振 器 结 构 特 点 及 工 作 原 理 ,阻 尼 多 模 式 切 换 可 调 减 振 器 在 不 同 模 式 切 换 下 电 磁 阀 y1 和 y2的组合逻辑关系如表1所示.
试验按照国家标准《汽车悬架系统的固有频率 和 阻 尼 比 测 定 方 法》(GB4783-84)的 规 定 进 行,通 过“滚 下 法 ”测 试 车 辆 簧 载 质 量 的 固 有 频 率 和 非 簧 载 质 量 的 固 有 频 率 以 及 悬 架 系 统 的 阻 尼 比 .
试验条件要求为平整水泥路面,轮胎为0.25 Mpa气压,轮胎花纹良好,试验系统包含加速度传感器4 只 ,LMSTEST.XPRESS 采 集 系 统 1 套 ,半 梯 形 凸 块 1 只 .试 验 方 法 要 求 将 汽 车 测 试 端 的 车 轮 沿 斜 坡 驶 上 半梯形凸块,在停车挂空挡发动机熄火后,再将汽车从凸块上推下;通过切换 不 同 阻 尼 模 式 进 行 悬 架 系 统 固 有 频 率 以 及 阻 尼 比 试 验 ;记 录 自 由 衰 减 振 动 的 加 速 度 时 间 历 程 ,每 次 记 录 时 间 应 不 少 于 5s,保 证 衰 减 振 动曲线完整,共记录3~5次;采用时间历程法对获取的数据结果进行处理,试 验 曲 线 如 图 4 和 图 5 所 示, 试验数据处理结果如表2所示.