基于SIMULINK的主动悬架控制器建模与仿真 2014

基于SIMULINK的主动悬架控制器建模与仿真

摘要：悬架对于车辆的平顺性、操稳性和安全性等都有着重要的影响。悬架对车身的垂向振动加速度的影响是悬架设计研究的重点。本文在分析主动悬架的各种控制方法后，采用二自由度1／4单轮车辆模型和线性二次型Gauss(LQG)控制方法建立计算机模型在Matlab/Simulink中进行集成优化仿真。从仿真结果分析主动悬架显著地降低了车身的垂向振动加速度，对改善汽车行驶平顺性和提高汽车行驶安全性具有较优的效果。

关键词：主动悬架；单轮模型；LQG控制；Simulink

Modeling and Simulation of active suspension controller based on

SIMULINK

Liu Dexiong

( College of engineering and technology,Southwestern University, Chongqing 404100 )

Abstract：Suspension for vehicle ride comfort, handling stability and security have important influence. Suspension on the body of the effect of vertical vibration acceleration is the research focus of suspension design. In this paper, in various analysis of active suspension control methods, with two degrees of freedom and 1 / 4 single wheel vehicle model and linear two Gauss (LQG) control method to establish a computer model of integrated optimization simulation in Matlab/Simulink. From the analysis of simulation results of active suspension significantly reduces the body's vertical vibration acceleration, to improve vehicle ride comfort and improve vehicle safety and has better effectiveness.

Key words：Active suspension; single wheel model; LQG control; Simulink

0引言

悬架系统是车辆的重要部件，对于车辆的平顺性、操稳性和安全性等都有着重要的影响，而主动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[1]。

多种控制方法已应用于主动悬架控制中,如最优控制、预见控制、自适应控制、神经网络自适应控制、模糊控制等。传统主动悬架的设计,先是通过优化理论来设计悬架的机械结构参数,然后采用一种控制策略来设计控制器。这种设计方法把一个机械系统的设计一分为二,虽然在前后两步设计过程中都应用了优化设计思想,但在实际中这种主动悬架却往往不能达到预期的效果。

在机械结构和控制结构之间存在着错综复杂的相互关系,使得结构与控制系统之间存在着某种耦合关系。因此在设计时,必须考虑这二者之间的关系,以求得全局最优参数。

结构与控制的集成优化研究,国外起于20 世纪80 年代末、90 年代初。日本学者H.Asada 曾提出关于单连杆、双连杆机器手的结构和控制参数的集成优化方法[2];美国学者Anton C.Pil采用了递归实验方法对机械系统结构和控制参数进行集成优化[3]。二自由度l／4单轮车辆模型由于结构简单，且能够反映汽车的主要性能，从而得到最广泛的应用[4]。

汽车在行驶时受到路面不平度的激励而引起振动,而路面激励具有多样性和不确定性,这样汽车的悬架系统就有了随机扰动输人,使得悬架系统具有一定的不确定性。另外系统传感器的量测噪声也增加了系统的不确定性。基于这些不确定性,本文采用基于线性二次型Gauss(LQG)控制方法来进行集成优化研究[5]。

1 建立单轮仿真系统建模

根据牛顿运动定律，建立系统的运动方程，即：

(4)

(5) 这里，采用一个滤波白噪声作为路面输入模型，即：

(6)

式中，x g为路面垂向位移(m)；Go为路面不平系数（m3/cycle）;u为车辆前进速度（m/s）；w为数字期望为零的高斯噪声；f o为下截止频率（Hz）。

结合式4、式5和式6，将系统运动方程和路面输入方程写矩阵形式，既得出系统的空间状态方程：

(7) 式中，T）

x

x

x

x

x

（

X

g

w

b

w

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=，为系统状态矢量；

)

(

m

w

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s

a

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x

x

K

U

x-

-

=

)

(

)

(

m

w g

w

t

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s

a

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x

x

K

x

x

K

U

x-

-

-

+

-

=

)

(

2

)

(

2

)

(t

w u

G

t

x

f

t

x

o

g

o

g

π

π+

-

=

FW

BU

AX

X+

+

=