车辆半主动悬架全状态反馈最优控制器设计
主动悬架最优控制整车模型的研究
Ｊｌ ｉｅ ｉ ｉｎ Ｕｎｖ ｍ ￣ ｉ
ｌ ｓ ａ ｔ Ａｎ ｌｏ ｉ ｍ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｆｒ ｅ ｉｌ ａ ｔｖ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｄ ｓｇ ｕ ｉｇ Ａｂ ｔ ｃｌ ｒ ａｇ ｒ ｈ ｔ ｓ ｒ ｐ ｓｄ ｏ ｖ ｈｃｅ ｃｉｅ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｏ ｔ ｌｗ ｅｉｎ ｓｎ ｏ
的能力 ， ： 动悬架 主
整车模型
预 瞄控制
最 优 控 制
Ａ ｕｄｙ ｏｎ Ｏ ｐｔｍ ａ Ｃｏｎｔ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｃ ｅ Ｓｔ ｉ ｌ ｒ ｌ ｏｒ ｈｉ ｌ Ａｃ ｉ ｅ Ｓｕｓ ｎｓｏｎ ｔｖ ｐｅ ｉ Ｓｙｓｅ ｓｎｇ ａ ｔ ｍ Ｕ ｉ Ｗ ｈｏｌ ｈｉ ｌ Ｍ ｏｄ ｌ ｅ Ｖｅ ｃ ｅ ｅ
Ｏｐ ｍ ａ ｏ ｔ ｏ ｉ ｔ ｌｃ ｎ ｒ ｌ
研 究 目的 采 用 了 各 种 不 同 的 模 型 ［ 。 １４车 辆 模 型 ３ ／ １
１ 前 言
悬 架 系 统 是 车 辆 的 重 要 部 件 ， 于 车 辆 的平 顺 对 性 、 稳 性 和 安 全 性 等 都 有 着 重 要 的 影 响 ， 主 动 操 而 悬 架 是 悬 架 发 展 的 必然 方 向 。控 制 律 的设 计 对 于主 动悬 架性 能 的发 挥 起 着 重 要 的 作 用 。 近 年 来 ， 瞄 预 控 制 作 为一 个 较 新 的 方 法 在 主 动 悬 架 设 计 中 得 到 了 学 术 界 的广 泛 注 意 和 研 究 【 ２ 预 瞄 控 制 可 以 有 车 Ｉ１ ’。 前 预 瞄和 轴 距 预 瞄 。 和 车 前 预 瞄 相 比 ， 距 预 瞄 由 轴 于 不 使 用 路 面 位 移 传 感 器 而 不 需 增 加 额 外 的 系 统成 本 ， 而 成 为 更 为 实 际 可 行 的 方 法 ， 到 了 学 者 的 因 得 关 注 。轴 距 预 瞄 是 当车 辆 在 硬 路 面作 直 线 行 驶 时 ， 其 后 轮 的路 面 位 移 输 入 与前 轮 处 几 乎 相 同 ， 只是 后 轮输 入存 在 一个 近 似等 于车 前 轴 和 后 轴 的距 离 ／ 速 车 的 时 间滞 后 。 因而 前 轮 处 的路 面 输 入 信 息 可 以 用 来
半主动减振器工作原理和控制方式
半主动减振器工作原理及控制方式丁问司1控制规则1.1悬挂系统分类悬挂系统从振动控制的角度来说可分为主动悬挂与被动悬挂，其中主动悬挂按其是否需要外界能量的供应可分为有源主动悬挂和无源主动悬挂。
有源主动悬挂也称全主动悬挂，通常由产生主动力或主动力矩的装置（油缸、气缸、伺服电机、电磁铁）、测量元件（加速度传感器、速度传感器、力传感器等）和反馈控制系统等几部分及一个能连续供应能量的动力源组成。
无源主动悬挂也称作半主动悬挂。
由无能源输入但可进行控制的阻尼元件和弹性元件组成，其减振方式和工作原理与被动悬挂相似，不同的是悬挂参数可在一定的范围内任意调节，以获得最佳的减振效果。
半主动悬挂与全主动悬挂的区别是前者只能调节阻尼力的大小，而后者则可同时控制阻尼力的大小方向。
半主动悬挂的核心实际上是一种可调阻尼减振器，其阻尼力大小一般通过调振节流孔开度来获得，而对阻尼力的约束条件是：系统振动时联系于阻尼器的能量全部耗散掉。
1. 2列车半主动控制原理悬架系统的半主动控制原理在七十年代由美国人Karnopp提出，旨在以接近被动悬挂的造价和复杂程度来提供接近主动悬挂的性能。
其基本思想是根据激励和系统的状态调节悬挂系统中的刚度和阻尼，以使某个性能指标达到最优。
由于在半主动状态下改变系统的刚度非常困难，目前的研究实际上仅限于对悬挂系统阻尼的控制。
多年研究使得半主动悬架控制系统衍生了多种控制方式，其中包括：慢速控制、天棚控制、相对控制、最优控制、预测控制、自适应控制、神经网络控制等。
从工程实践的情况来看目前只有天棚控制方式取得了较好的效果，并已运用到成熟的产品中。
日本KYB公司与铁道总研联合研制的列车横向半主动减振器及是运用了天棚（Sky Hook）控制原理。
列车天棚原理的基本控制逻辑是被称为“天棚悬架”的数学模型，如图1所示。
假设列车是沿一道虚拟的刚性墙移动，在虚拟墙与车体之间通过一虚拟减振器的作用来减小车体振动，此虚拟减振器称天棚减振器。
半主动减振器工作原理及控制方式
半主动减振器工作原理及控制方式丁问司1．控制规则1．1悬挂系统分类悬挂系统从振动控制的角度来说可分为主动悬挂与被动悬挂，其中主动悬挂按其是否需要外界能量的供应可分为有源主动悬挂和无源主动悬挂。
有源主动悬挂也称全主动悬挂，通常由产生主动力或主动力矩的装置（油缸、气缸、伺服电机、电磁铁）、测量元件（加速度传感器、速度传感器、力传感器等）和反馈控制系统等几部分及一个能连续供应能量的动力源组成。
无源主动悬挂也称作半主动悬挂。
由无能源输入但可进行控制的阻尼元件和弹性元件组成，其减振方式和工作原理与被动悬挂相似，不同的是悬挂参数可在一定的范围内任意调节，以获得最佳的减振效果。
半主动悬挂与全主动悬挂的区别是前者只能调节阻尼力的大小，而后者则可同时控制阻尼力的大小方向。
半主动悬挂的核心实际上是一种可调阻尼减振器，其阻尼力大小一般通过调振节流孔开度来获得，而对阻尼力的约束条件是：系统振动时联系于阻尼器的能量全部耗散掉。
1．2列车半主动控制原理悬架系统的半主动控制原理在七十年代由美国人Karnopp提出，旨在以接近被动悬挂的造价和复杂程度来提供接近主动悬挂的性能。
其基本思想是根据激励和系统的状态调节悬挂系统中的刚度和阻尼，以使某个性能指标达到最优。
由于在半主动状态下改变系统的刚度非常困难，目前的研究实际上仅限于对悬挂系统阻尼的控制。
多年研究使得半主动悬架控制系统衍生了多种控制方式，其中包括：慢速控制、天棚控制、相对控制、最优控制、预测控制、自适应控制、神经网络控制等。
从工程实践的情况来看目前只有天棚控制方式取得了较好的效果，并已运用到成熟的产品中。
日本KYB公司与铁道总研联合研制的列车横向半主动减振器及是运用了天棚（Sky Hook）控制原理。
列车天棚原理的基本控制逻辑是被称为“天棚悬架”的数学模型，如图1所示。
假设列车是沿一道虚拟的刚性墙移动，在虚拟墙与车体之间通过一虚拟减振器的作用来减小车体振动，此虚拟减振器称天棚减振器。
主动悬架安全控制技术
主动悬架安全控制技术【引言】主动控制悬架可使汽车乘坐舒适性和操纵安全性同时得到改善。
介绍了国内外汽车主动悬架系统的现状及发展,重点介绍了几种常见的控制方法。
简介：悬架系统的主要作用是有效地减缓路面不平而引起的车体振动(乘坐舒适性)以及操纵安全性。
随着汽车性能的不断完善与发展,对悬架也提出了更高的要求。
为了满足现代汽车对悬架提出的各种性能要求,悬架的结构形式一直在不断地更新和完善,尽管这样,传统的被动悬架依然受到许多限制,主要是难于同时改善在不平路面上高速行驶车辆的稳定性和行驶平顺性,即使采用优化设计也只能保证悬架在特定的激励发生变化后,悬架的性能亦随之发生变化。
事实上,被动悬架的潜力在目前已接近极限,为了克服传统的被动悬架对汽车性能改善的限制,近年来,汽车工业中出现的主动悬架成为了一条改善汽车悬架性能的新途径。
主动悬架控制系统是一个闭环控制系统，它能根据系统的运动状态和当前的激励情况，主动做出反应来控制系统的振动，在控制过程中，可以根据外界输入。
与系统状态的变化实时调节控制系统参数，以获得最好的减振效果。
主动悬架通常可分为：有源主动悬架和无源主动悬架两大类。
有源主动悬架一般又简称为主动悬架，主动悬架一般由执行机构和控制决策部分构成。
其基本原理是根据被控系统的动态特性，采用由外部输入能量的控制方法使被控系统实现减振。
主动悬架系统的执行部分一般包括液压执行机构、动力源等，执行机构上装有控制器，它执行决策部分的命令。
一般用力发生器完全地或部分地代替被动悬架中的弹簧和阻尼器。
力的大小由控制规律决定。
决策部分为一车载微机系统，包含各种传装置、测量仪器和信号反馈处理等系统。
微机接收来自传感器的信号，经预定控制程序处理后，由控制器发出命令，决定执行机构所需的动作，从而形成闭环控制。
主动悬架具有如下显著优点：（１）在悬架静扰度较小的前提下，能获得较低的固有频率和动扰度。
（２）悬架的动力学特性，不随汽车的载荷变化而改变。
基于carsim的整车半主动悬架pid控制研究
第32卷第6期机电#$%&'()Vol.32,No.6 2019年11月Development&Innovation of M achinery&E lectrical P roducts NOV.,2019文章编号：1002-6673(2019)06-078-03基于Carsim的整车半主动悬架PID控制研究裴倩倩，秦忠，陈伟(云南国土资源职业学院，云南昆明650000)摘要：本文建立了七自由度整车半主动悬架系统的动力学模型，并提出了评价悬架性能的三个指标：车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷。
为了满足悬架的三个性能指标，本文在悬架的垂直、侧倾和俯仰三个方向上设计了三个PID控制器，并分配到汽车的四个作动器上%为了验证PID控制器的有效性，本文以随机粗糙路面为例，在Carsim中建立整车模型和路面模型，在Simulink中设计PID控制器，两者进行联合仿真。
结果表明，相比于被动悬架，PID半主动悬架可以保证汽车在行驶过程中的平顺性和乘客乘坐的舒适性％关键词：半主动悬架'PID；Carsim中图分类号：$463.33文献标识码：A doi:10.3969/j.iss/.1002-6673.2019.06.024Research on PID Control of Vehicle Semi-active Suspension Based on CarsimPEI Qiaa-Qiaa,QIN Zhong,CHEN Wei(Yunnan Land Resources Vocational College,Kunming Yunnan650000, China)Abstract:This paper establishes the dynamic model of the seven—degree—of—freedom vehicle semi—active suspension system,and proposes three indicators for evaluating the performance of the suspension: body acceleration,suspension space limitation and dynamic tire deflection.In order to meet the three performance indicators of the suspension,three PID controllers are designed in the vertical,roll and pitch directions of the suspension and distributed to the four actuators of the car.In order to verify the effectiveness of the PID controller,this paper takes the random rough road as an example, establishes the whole vehicle model and the road surface model in Carsim,designs the PID controller in Simulink,and performs joint simulation.The results show that compared with the passive suspension,the PID semi—active suspension can ensure the smoothness of the car during driving and the comfort of passengers.Key words:semi—active suspension；PID；carsim0引言现如今，汽车已成为生活中不可或缺的交通工具’随着生活质量的提高和汽车的普及，人们对汽车的要求也越来越高，比如汽车要有良好的乘坐舒适性和更优的操作安全性，而汽车悬架系统是满足以上两个要求的关键部件’悬架系统是车辆组成中最重要的部件之一，它可以缓冲不平地面引起的冲击力，降低振动，使车辆平稳、安全的行驶叫通常，悬架分为：被悬架、主悬架、半主动悬架玖被悬架是目前应用最广泛的车辆悬架，它由性的弹簧和阻尼器组成，只能行驶在特定的，一生改变，悬架的性减弱。
汽车主动悬架系统的离散最优控制
近 十几 年来 ，汽 车悬 架 系统 的理 论 和应 用研 究
移 ， 主 动悬架 产 生 的控制 力 ． 为
都得到了专家学者的高度关注． 汽车悬架作为汽车
根据牛顿第二定律 ， 该系统 的运动方程为
的基本组成部分之一可分为被 动悬架ｆ 半 主动悬 １ ］ 、 ｍ （）ｆ￡＝ ， ｄ。 －（）０ ｔ 架 闭 主动 悬 架 ．主 动 悬 架 由于 能 持 续 有 效 地 改 和 ｍ （） ｆ （） （） ０． ｄ ） ￡ ｔ】 ＝ 变路面扰动引起的车身振动能量 ，在改善汽车的乘 其 中， 坐舒适性和操作性能方面具有非常好 的潜力． 作为 ） （）ｌ ］ｃ （） （） ． ＝ ￡— ） 。 一 ］ （） ｚ ＋［ （ ＋ 汽车主动悬架设计 的主要技术之一 ， 二次型最优控 汽车受到的路面激励为谐波函数 ： 制理论和方法得到了广泛地研究和使用翻 本文主要 ． （） ｏ（ ＋ ＝ ｅｓ ）． 研究 １４汽车主动悬架系统 的离散最优控制 问题． １ 首先 ， 将系统的汽车主动悬架模型化为离散系统 ； 其 次， 通过引入路 面扰动补偿 向量的方法网 研究 了系 ， 统 的前馈反馈最优控制器的设计方法． 该控制器对 路面扰动输入具有较好的鲁棒性．
（） （）面ｆ￡ ， ） （ ） ＝ ｔ＋ ｚ ） ｌ￡； ０ ＝ ０． （＋ （ ； （） ６
其 中，
（） ７
一 ｕ
爪
Ｌ一
为 得 到式 （ ） 的离 散化 系统 ，选择 采样 周期 ６
图 １ 汽 车主动悬 架模型
Ｆｇ ｑａｔ ． ｒｍｏｅ ｗｔ ｎａｔｅｓｓｅｓ ｎ ｉ． ｕｒ ｒｃ ｄｌ ｉ ａ ｃｖ ｕｐｎｉ １ ｅ ａ ｈ ｉ ｏ
第７ 第 ４ 卷 期
２０ ０ ８年 １ 月 ２
半主动悬架LQR控制策略的仿真研究
ｍ
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…
…
ｋ 、 — 。 … …
，
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一
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ｋ ｗ 州ｈ （ 一 ）＋
（ １ ）
选 取系统 的状态 变量 与输 出变 量分别 为 ：
＝
［ ６一 ＂ ， ６ ， 一＾ ， ｗ ］ ｒ ；
Ｙ＝ ［ ６ ， ｚ ６ 一 ， 一ｈ ］
ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 软件进行仿真 ， 对所设计 的 Ｌ Ｑ Ｒ控制 器 的控 制 品质 进行 了验 证分 析 ．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ 半主 动悬架 系统 的数 学模 型
本 文选取 汽 车 四分 之 一模 型为 研究 对象 ， 如 图 １ 所示．其 中各参数 的定义为 ： 车身质量 ｍ ， 车轮 质量 ｍ ， 悬 架 刚度 ｋ ， 车 轮 刚度 ｋ 以及 阻尼 可变减 震器 所 提供 的阻 尼力 ， 同 时它 也 是 半 主 动悬 架 系统 的 主动控 制力． ｈ ， ， 分 别 为 道 路激 励 ， 车轮
ｚｂ ｉ ｆ ｂ＝－ｋ ， （
一
０ 引 言
悬 架作 为现 代汽 车 的重要 总成 之 一 ， 对 汽 车 的 乘坐舒 适性 和行 驶安 全性 有着 重要 影 响． 随着汽 车 技术 和控制 理论 的发 展 ， 提 出了性 能较 好 的半 主动 与 主动悬 架 ¨ ｊ ． 虽 然 主 动 悬 架 具 有 不 可 比 拟 的 优
第３ １ 卷 第２ 期
２ ０ １ ３ 年 Ｏ ３月
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍ ｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
车辆主动悬架控制器的仿真设计
２０ 学余 家头校 区 Ｙ ８号信箱 ５
编 ：４０ ６ ３０３
３ 丁 晓东 ，李 中川 ． 备用 电源 系统 的蓄 电池 在线 监测 技 术 ． 电源世界 ，２０ （） ７ ０ ００ ５ ：１—２ 《 起重运输机械》 ２０ （） Ｏ７ ２
收稿 日期 ：２０ —０ —０ ０６ ４ ３
延 长蓄 电池 寿命 的 目的。
参 考 文 献
１ 肖秀玲 ，王 贵 明 ，王金 灿 ． 基于 Ｄ ２３ Ｓ４ ８芯片 的 电动 车 蓄电池在线监测管理系统 ． 制造业 自动化 ，２０ Ｏ２
２ Ｄ ２ ３ ｍ ｒ Ｂ ｔ ｒ ｎｔｒ Ａ Ｌ Ｓ Ｓ ＭＩ ＯＮ Ｃ Ｏ Ｓ ４ ８ Ｓ ａ ｔ ａｔｙ Ｍｏ ｉ ．Ｄ Ｌ Ａ Ｅ Ｃ ＤＵ Ｔ Ｒ， ｅ ｏ
表明采用 Ｌ Ｇ控制方法 的主动悬架可 以较好地改善 车辆 的行驶平顺性和乘坐舒适性 。 Ｑ
关键词 ：主动悬架 ；Ｌ Ｇ控制器 ；仿真 Ｑ
Ａ ｓ ａｔ ｔｎｏｕｅ ｏ ｓ ｏｔ ａ ｃｎ ｏ ｔ ｏ ｅｉ ｉ ａ —Ｑ ａｒｔ —Ｇｕｓ ｎ （ Ｑ ｂｔ ｃ：Ｉｉ ｒ ｃｓｈｗｔ ｕｅ ｐｍ ｌ ｏｔｌｈ ｒ ｔ ｄ ｇ ａＬｎ ｒ ｕｄａｃ ａｓｉ Ｌ Ｇ）ｃｎ ｏｅ ｆ ｒ ｔｄ ｏ ｉ ｒ ｅ ｙ ｏ ｓ ｎ ｅ ｉ ａ ｏｔ ｌｒ ｏ ｒｌ ｒ
维普资讯
车 辆 主动 悬 架 控 制器 的仿 真 设 计
上 海理 工大 学机 械 工程 学院
摘
孙 跃东
王
冰
周
萍
李
春
要 ：建立 了基 于 １４车辆动力学和单 轮路面输 入模型 ，应用 最优控 制理论进行 车辆 主动悬架 的线性二 ／
次型最优 （ Ｑ Ｌ Ｇ）控制器的设计 ，并运用 ＭＡ１ Ｂ 邬Ⅵ Ⅱ 软件进行 路面输入 和 １４车辆 仿真分析 。仿 真结果 １Ａ ／ Ｉ皿 ／