基于LQR控制的主动悬架优化设计 摘要：根据汽车行驶性能的要求，本文以1/4 车辆模型为例，建立汽车的动力学模型，利用线性二次最优控制理论对主动悬架的LQG 控制器进行设计，并运用MATLAB/simulink对汽车动力学模型进行仿真。结果表明: 具有LQG 控制器的主动悬架对车辆行驶平稳性和乘坐舒适性的改善有良好效果。 关键词：主动悬架；被动悬架；LQG控制器引言 悬架系统是汽车的重要部件, 对于汽车的平顺性、操稳性和安全性都 有着重要的影响, 而主动悬架是悬架发展的必然方向。控制器的设计对 于主动悬架性能的发挥起着重要的作用, 本文中以1/4 汽车主动悬架为 研究对象, 建立汽车动力学模型和设计LQG控制器算法, 应用 Matlab/Simulink 进行汽车系统的控制仿真。 1 基于线性二自由度汽车模型的建立 1.1 被动悬架系统的建立 车辆悬架系统是一个多输入多数徐彤，为了研究的方便性以及更好地 与车辆行驶的情况相吻合，文本一1/4 车辆模型为研究对象，车辆模型如 图1 所示。 图1 ：被动悬架车辆1/4 模型 根据图1 所示，建立一个被动悬架车辆1/4 模型，首先建立运动微分方程： m b x b K s(x b x w ) C s(x b x w ) m w x w K t (x w x g) K s(x b x w) C s(x b x w)
整理得： x b C s xb ss s x w s x b s s x m b m b m b C s K s K s K t x b s x b s x b s t x b m w m w m w 1) 式中： C s 为悬架阻尼， K s 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： U x g 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： X AX BU C s C s K s K s m b m b m b m b K t C s C s K s K s K s A B m w m w m w m w m w 1 0 0 0 1 x w x g x b x w ]T 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式， 即： Y CX DU 其中： Cs Cs Ks Ks 0 m b m b m b m b D1 C0 0 0 1 1 1 1.2 被动悬架系统的 建立 m b C s 其中， A 为状态矩阵， B 为输入矩阵，其值如 下： 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即：
主动悬架系统 主动悬架是用一个有自身能源的力发生器来代替被动悬架中的弹簧和减振器。根据作动器响应带宽的不同，主动悬架又分为宽带主动悬架和有限带宽主动悬架，也被叫做全主动悬 架和慢主动悬架。 全主动悬架系统所采用的作动器具有较宽的响应频带，以便对车轮的高频共振也加以控制。作动器多采用电液或液气伺服系统，控制带宽一般应至少覆盖0～15Hz，有的作动器响应带宽甚至高达100Hz。结构示意图见上图。从减少能量消耗的角度考虑，也可保留一个与作动器并联的传统弹簧，以用来支持车身静载。 主动悬架的一个重要特点就是，它要求作动器所产生的力能够很好地跟踪任何力控制信号。因此，它为控制律的选择提供了一个广泛的设计空间，即如何确定控制律以使系统能够让车辆达到最佳的总体性能。近二十年来，有大量关于主动悬架的研究论文及专题回顾文献发表。研究结果表明，主动悬架能够在不同路面情况及行驶条件下显著地提高车辆性能。 主动悬架的研制工作起始于八十年代。Lotus 制造了第一辆装有主动悬架的样车。其系统的响应可达30Hz，它可使乘坐舒适性和转弯及制动时的车身姿态控制提高约35%。还有一些主动悬架实施的例子，如Lotus Turbo Esprit、Damlar Benz的试验样机系统、BMW 和Ford等。然而，由于这些主动悬架系统具有的高成本、高能耗、增加的重量及复杂程度，使主动悬架仅限于样车及一些赛车等有限的应用上。 结构上，有限带宽主动悬架通常由作动器与一个普通弹簧串联后，再与一个被动阻尼器并联构成，见上图。这种系统在低频时（一般小于5或6赫兹）采用主动控制，而高于这个频率时，控制阀不再响应，系统特性相当于传统的被动悬架，而被动悬架在高频时的效果也 比较好。 由于有限带宽主动悬架作动器仅需在一窄带频率范围内工作，所以它降低了系统的成本及复杂程度，比全主动悬架便宜得多。尽管如此，它的主动控制仍然覆盖了主要的车身振动，包括纵向、俯仰、侧倾以及转向控制等要求的频率范围，改善了车身共振频率附近的行驶性能，提高了对车身姿态的控制，性能可达到与全主动系统很接近的程度。 就实用性及商业竞争力而言，有限带宽主动悬架的应用前景较好。专家普遍认为采用气液控制慢主动系统在商用领域最有发展前途，但若想在今后几年内有重大的发展，还得要求在电液阀技术方面有大的突破来降低成本。已有一些装有该类悬架的车辆投入市场，如Nissan Infiniti Q45和Toyato Celica等。两个有限带宽主动悬架系统实施方案见下图。
目录 一 : 主动悬架简介 二：电子技术控制 三：主动控制技术——三类典型的液力主动控制系统。 1）A类由 Lotus(莲花 )公司开发 2）B类由 AP公司发展的气液悬架 3）C类液力主动控制系统由 Nissan公司开发四：主动悬架的最优控制方法 五：智能控制系统 六：作动器－蓄能式减震器 七：主动式液压悬架 八：主动式空气悬架 九：电机蓄能式主动悬架 十：双重控制空气悬架系统－奔驰公司研发
一：主动悬架 汽车的主动悬架系统是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置，由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。主动悬架能够根据汽车的运动状态和路面状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使悬架系统处于最佳减振状态，使车辆在各种路面状况下都会有良好的舒适性。主动悬架的关键部位是其执行机构，也就是可以调节的悬架阻尼系统。 主动悬架有作为直接力发生器的动作器，可以根据输入与输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好的减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。主动悬架的一个重要特点就是，它要求作动器所产生的力能够很好地跟踪任何力控制信号。因此，它为控制律的选择提供了一个广泛的设计空间，即如何确定控制律以使系统能够让车辆达到最佳的总体性能。 针对悬架系统的非线性特点，研究适宜的悬架系统电控技术是汽车悬架系统振动性能改进的方向。悬架位于车身与轮胎之间，对车辆的运动性能、乘坐舒适性有重大的影响。按照路面行驶工况最优控制，悬架性能以确保车辆行驶性能与乘坐舒适性，电子控制悬架将进一步向高性能方向发展。作为实现这种对悬架的优化控制的方式之一，是利用“预知传感器”进行预知控制的“预知控制悬架” 二：电子控制技术 电子技术控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、路况预测）传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。系统的控制功能通常有以下三个： 1）车高调整：当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少空气助
基于LQR 控制的主动悬架优化设计 摘要：根据汽车行驶性能的要求，本文以1/4车辆模型为例，建立汽车的动力 学模型，利用线性二次最优控制理论对主动悬架的LQG 控制器进行设计，并运用MATLAB/simulink 对汽车动力学模型进行仿真。结果表明: 具有 LQG 控制器的主动悬架对车辆行驶 平稳性和乘坐舒适性的改善有良好效果。 关键词：主动悬架；被动悬架；LQG 控制器 引言 悬架系统是汽车的重要部件, 对于汽车的平顺性、操稳性和 安全性都有着重要的影响, 而主动悬架是悬架发展的必然方向。控制器的设计对于主动悬架性能的发挥起着重要的作用, 本文中以1/4汽车主动悬架为研究对象,建立汽车动力学模型和设计LQG 控制器算法,应用Matlab/Simulink 进行汽车系统的控制仿真。 1 基于线性二自由度汽车模型的建立 1.1 被动悬架系统的建立 车辆悬架系统是一个多输入多数徐彤，为了研究的方便性以及更好地与车辆行驶的情况相吻合，文本一1/4车辆模型为研究对象，车辆模型如图1所示。 图1：被动悬架车辆1/4模型 根据图1所示，建立一个被动悬架车辆1/4模型，首先建立运动微分方程： ()()()()()b b s b w s b w w w t w g s b w s b w m x K x x C x x m x K x x K x x C x x =----???=--+-+-??
整理得： ??? ? ?? ?+--+-+-+-=-+-+-+-=g w t b w t s b w s b w s b w s w b b s b b s w b s b s b x m K x m K K x m K x m C x m C x x m K x m K x m C xb m C x （1） 式中：s C 为悬架阻尼，s K 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： []w b w b x x x x X = g x U = 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： BU AX X += 其中，A 为状态矩阵，B 为输入矩阵，其值如下： ?????? ?? ? ?????????---- -= 00 1 001w s s w s w s w s b s b s b s b s m K K m K m C m C m K m K m C m C A ???? ?? ????????=000w t m K B 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即： T w b g w b x x x x x Y ][--= 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式，即： DU CX Y += 其中： ??? ?? ? ? ???????---=11001000b b b b m Ks m Ks m Cs m Cs C ???? ? ?????-=010D 1.2 被动悬架系统的建立 如图2所示，
汽车磁流变阻尼器的结构设计 Structure design of Automobile Magneto-rheological Damper 摘要 磁流变阻尼器是一种以新型的智能材料磁流变体作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调要求的装置。磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件, 具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。目前，磁流变阻尼器已被广泛运用于各种场合的振动控制，汽车磁流变阻尼器也已被广泛研究和应用。 本文在研究了磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征、磁流变液的主要性能的基础上，根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件材料的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构。在机械设计基本理论的指导下，计算得出磁流变阻尼器的结构参尺寸数，并应用AutoCAD及UG制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图，建立磁流变阻尼器的三维立体模型，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。 【关键词】磁流变阻尼器；磁流变液；磁路设计；AutoCAD；UG
Abstract Magneto-rheological damper is a damper that using a variant of magnetic flow material as the working fluid damper, and the piston axis in damper on magnetic coil winding, coils in the field of MRF, through controlling the size of the magnetic coil currents to change the viscosity of the magnetic fluid variant, damping adjustable requirements. MR damper as excellent semi-active control device, it has simple structure, small volume, low energy consumption, fast response and damping force of continuous adjustable, easy and combining computer control etc. At present, MR damper has been widely used in various occasions. The main research of the paper are that introduces MR fluid material composition, MR fluid effect and the main characteristics of MRF. According to the requirements of the damping force and the basic theory of mechanical design, to establish the basic structure size of the MR damper and main material selection of parts. To calculation the size of the structure, draw AutoCAD drawings of MR damper automobile assembly. Using UG software, establish 3d modeling of MR damper. Analysis on the main factors of MR effect. 【Key words 】MR damper；Magneto-rheological(MR)fluids；magnetic circuit design；AutoCAD；UG
车辆主动悬架的控制研究 悬架就是汽车的重要装置之一,它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统,对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前,汽车上普遍采用的就是弹性元件与减震器组成的常规悬架,从控制力学的角度,将这种悬架称为被动悬架。实践与研究结果都表明,常规悬架受到许多限制,即使采用优化方法来设计也只就是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制,在汽车中采用与发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制,使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点就是能够主动提供能量,与传统被动悬架相比,其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3、3所示,图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为: ?????---==)(01..11..22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架,且为了便 于与被动悬架的比较分析,选取与被动悬架模型 相同的输入信号,路面激励仍为选白噪声)(t ω, 根据微分方程组(1),建立如下所示的状态方程与 输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 (2) 式中: ??????????????--=0001000000010101m k A t ;????????????????-=121010m m B ;????????????=0100D ; ??????????=010*********C ;??????????????=0012m E 汽车悬架可认为就是一种连续线性的随机最优控制系统,由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标就是二次函数积分型的调节器问题,外界干扰就是高斯白噪声,综合性能指标为: dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞+=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器,问题仍就是寻找最优控制)(t u ,使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一就是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应,计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中,为提高汽车的操纵稳定性与行驶平顺性,应使簧载质量垂直加速度、悬架
主动悬架LQG最优控制设计 吕福麟 113085234379 摘要：根据汽车行驶性能的要求，建立二自由度的1/4汽车动力学模型，利用最优控制理论对主动悬架的LQG（Linear Quadratic Gaussian）控制器进行设计，运用MATLAB/simulink对模型仿真，对比主动悬架与被动悬架在控制效果上的差别。仿真结果表明，具有LQG控制器的主动悬架可以明显的提高汽车行驶的操稳性能。 关键词：主动悬架；LQG控制器；MATLAB/simulink；仿真结果ABSTRACT：According to the requirement of the vehicle driving performance,a 2-degree-of-freedoms 1/4 car dynamic model was build.LQG(Linear Quadratic Gaussian) controller for active suspension was designed with the optimal control law,MATLAB/simulink was used to simulation the model,compared the difference of control performance with active suspension and passive suspension.The result of simulation show that it could improve the car driving handling and stability with LQG controller. Key Words:active suspension,LQG controller,MATLAB/simulink,simulation result 1前言 传统的悬架主要由弹性元件、减震器和导向装置组成，他们的阻尼和刚度已经确定就不便于调节，而且只能在特定的路面激励和特定的车速下才能达到最优控制，灵活性较差。不能满足人们对驾驶舒适性和操纵稳定性的要求。为了解决这个问题，主动悬架控制渐渐得到发展，他与被动悬架的主要区别在于可以根据不同路面激励和行驶状况，自行调节车辆的动态，从而满足人们对行驶的要求。本问就是在此基础之上研究主动悬架的最优控制。 2 2自由度1/4车辆模型的建立
悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图所示，图中u为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 （2） 式中： ；；；； 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制，使目标函数J取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q、R阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 (4) 或写为 (5) 其中 这里，q——轮胎动变形加权系数1 q——悬架动扰度加权系数2式中第一、二项为误差指标，表示在～∞整个时间内系统实际状态与平衡之间的误差总和。这一积分越小，说明控制误差越小，性能越好。积分式中第三项为能量指标，表示在～∞整个时间内支付能量的总和。系统状态转移是考控制u(t)来进行的，为要使系统误差很小，则需要支付很大的能量代价。最优反馈 增益系数矩阵式可写成 (6) 式中，增益值k~k有明确的物理意义。k可等效于一放置于簧载和非簧载质量间的弹簧，114改变 k则影响簧载质量的固有频率；k作用于簧载质量的绝对速度上，影响其悬挂阻尼；k312大小涉及轮胎变形，对车轮的垂直弹跳频率产生影响；k作用于非簧载质量的速度上，影响4其非悬挂阻尼。 主动悬架系统的能控性，能观测性二、．
车辆主动悬架最优控 制
车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声)(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2）
式中： ????????????? ?--=00 01000 000010101 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 ?∞ +-+-=022*******])()([dt Ru x x q x x q J (4) 或写为 ?∞ +=0 2][dt Ru QX X J T (5) 其中 ?????? ??? ???=00 000000000001 2 q q Q 这里，q 1——轮胎动变形加权系数
深入理解磁流变阻尼器的3种工作模式 磁流变液（MRF）是一种新型的智能材料。之所以称之为智能材料，主要体现在其特性上，也是其中一些优越于电流变材料的一些属性。鉴于目前大多数的关于磁流变材料的应用都是与电流变材料（ER）相比较，在这里，我们只是简单的将MR与ER做对比。 一般应用MR做材料的应用主要是考虑到MR以下几个重要特征： 1、磁流变效应：这个也是MR应用的理论基础。具体来说就是磁流 变液的流动特性会随着所加磁场而变化。在未加磁场的时候，磁 流变液表现为液体状态，而一旦加入磁场，磁流变液中随机分布 的极化粒子沿磁场方向成链状或柱状结构，表现为固体状态，并 且一个变化的过程非常短暂（毫秒级）。而且由液体状态转变为 固体状态的过程是可逆的。一旦磁场消除，磁流变液又会回到液 体状态。 2、对杂质污染不敏感。磁流变液中可能会有的杂质（比如水）对磁 流变效应的影响不大。应用这个特点就能够对磁流变液进行广泛 的应用了。 3、磁流变液的相对工作温度范围相对比较大。一般来说，可能 在-40-150摄氏度之间。这个温度范围已经能满足很多应用的需 求。 4、使磁流变液工作的电压相对比较小。大概只要12-24V的电压。 在以上特征基础知识之上，下面说下基于磁流变液技术的阻尼器的常用3种工作模式，首先给出这三种模式的原理图，从左到右分别为流动模式（flow mode）、剪切模式（shear mode）和挤压模式（squeeze mode），这三种模式都是应用流体力学中的平板模型原理。
1、流动模式：所谓流动模式是指两极板固定不动，两极板之间充满 磁流变液，在垂直加载于两极板之间的磁场作用下，磁流变液的流变特性发生改变，从而使推动磁流变液流动的活塞所受的阻力发生变化，从而达到利用外加磁场控制阻尼力的目的。 2、剪切模式：所谓剪切模式则是指在工作过程中，两极板不固定而 是在不断的运动，这两个运动的极板之间充满磁流变液，在外加垂直磁场的作用下，磁流变液的流动特性发生变化，从而使推动极板运动的活塞所受的阻力发生变化，达到外加磁场控制阻尼力的目的。 3、挤压模式：挤压模式是在两极板之间充满磁流变液，磁流变液受 到两极板之间的挤压力而向四周流动，外加磁场作用与两极板之间的磁流变液而使磁流变液的流动特性发生变化，两极板的运动方向与所加磁场方向平行。 4、混合模式：混合模式是结合了模式与剪切两种模式。在汽车阻尼 器里面应用较多。 一般来说，应用于汽车上面的磁流变阻尼器不单独采用以上三种模式，而是采用流动模式和剪切模式相结合的方式，也就是通常所说的混合模式，这主要是考虑到汽车悬架阻尼器的行程比较大，而且在结构尺寸和结构强度上要求比较严格。但是也有分别使用基于以上三种模式的阻尼器。而挤压模式由于其行程比较小，主要应用于较小的仪器，如光学等方面。 具体基于以上几种模式的阻尼器的设计可以查阅相关文献。其中混合
主动悬架系统的阻抗控制 摘要：新的控制系统的开发是为了让汽车的动态行为能适应道路状况的干扰。本文的创新之处就是将阻抗控制系统应用到了装有液压传动装置的汽车的主动悬架系统中。乘客的舒适度和车辆的配适之间的关系可以由阻抗参数导出。阻抗控制的方法很简单，无模型并且可以应用到广泛的道路状况中包括平坦的道路。系统的稳定性已经分析过，然后用一个四分之一车模型悬挂系统和液压执行器非线性模型来模拟控制系统。 关键词：主动悬架系统反馈线性化阻抗控制 一、介绍 被动悬架系统的目的是维护2个预期目标，即：车辆的平稳和乘客的舒适。这个设计性的问题提出就是为这两个彼此相反的目标提供一个平衡。被动悬架系统不能适应它在道路条件上路宽的改变。然而，这些都可以通过主动悬架系统来控制车辆的垂直加速度来改变。它包括在有弹簧作用跟没弹簧作用的车身与车桥之间加一个力产生装置。主动悬架系统已经高度参考了各种文献名著。到目前为止，许多的控制方法比如H1控制，滑动控制，最有控制，模糊控制，主动控制，无模型控制和自适应模糊滑膜控制都应用到了主动悬架系统中。然而，阻抗控制还没有被应用到汽车的悬架系统中。悬架系统的行为就像机械阻抗。因此表明了将阻抗控制应用到主动悬架系统中。 在机械方面，阻抗控制用来调节在与环境控制的机器人动力学上。阻抗控制使机器人成为了一个由大规模，阻尼器，还有弹簧组成的机械装置。有些报告提出了对由阻抗控制其动态行为的机器人的想法。比如，为了提供一个合适的夹紧装置，夹具都是为了表现基于阻抗控制的机器人任务。阻抗控制计算方法被应用
到了非对角刚度的机器人臂上。模糊阻抗控制的目的是执行快速机器人任务。而阻抗控制被应用到了诸如机器人的控制任务等方面。 智能弹簧是为了将阻抗控制应用到旋翼震动抑制而研发的。因此阻抗控制的算法也就随着通过对单个叶片的控制来抑制转子的震动而产生。智能弹簧就像质量弹簧系统致力于由压电陶瓷驱动器的震动结构。执行器在它所工作的为止调节摩擦力。据报道，智能弹簧可以用来控制动态阻抗特性等结构的刚度，阻尼，有效质量。但是，没个有潜在应用价值的智能弹簧的概念都需要优化其设计参数，即以结构参数为基础的刚度和质量。 在我们的认知里，阻抗控制还没有被应用到车辆的被动悬架系统中。在本文中，阻抗控制通过液压执行机构被应用到了汽车悬架系统里。这个方法同智能弹簧的那个方法相比有很多的优点。 1、它可以配合不同的道路状况，这是智能弹簧所不能比拟的，因为它的质量跟刚度都是根据这些路况设计的。 2、该方法相对于智能弹簧的方法比较容易实施。 3、液压执行器更具有操作性，因为智能弹簧为了适应结构必须要控制摩擦力。低重复时摩擦显示了一个复杂的特征。 本文的组织如下。第二部分基于一个四分之一悬架系统和电动液压执行机构介绍了系统的动力学。控制系统是在第三部分设计的，是由两个内部控制回路，即力量控制和位置控制。第四部分应用反馈线性化制定了液压传动装置的力控制。第五部分介绍了阻抗的规则并且为阻抗参数的选择做了分析。为了表现控制
《现代控制理论及其应用》课程小论文 基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真 学院：机械工程学院 班级：ＸＸＸＸ（XX） 姓名：X X X 2015年6月3号 河北工业大学
目录 1、研究背景 (3) 2、仿真系统模型的建立 (4) 2.1被动悬架模型的建立 (4) 2.2主动悬架模型的建立 (5) 3、LQG控制器设计 (6) 4、仿真输出与分析 (7) 4.1仿真的输出 (7) 4.2仿真结果分析 (9) 5、总结 (10) 附录：MATLAB程序源代码 (11) （一）主动悬架车辆模型 (11) （二）被动悬架车辆模型 (12) （三）均方根函数 (13)
1、研究背景 汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器组成,是车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称,也是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切力传递装置的总称,其主要功能是使车轮与地面有很好的附着性,使车轮动载变化较小,以保证车辆有良好的安全性,缓和路面不平的冲击,使汽车行驶平顺,乘坐舒适,在车轮跳动时,使车轮定位参数变化较小,保证车辆具有良好的操纵稳定性。 (a)被动悬架系统(b)半主动悬架系统(c)主动悬架系统 图1 悬架系统 汽车的悬架种类从控制力学的角度大致可以分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架3种（如图1所示）。目前,大部分汽车使用被动悬架,这种悬架在路面不平或汽车转弯时,都会受到冲击,从而引起变形,这时弹簧起到了减缓冲击的作用,同时弹簧释放能量时,产生振动。为了衰减这种振动,在悬架上采用了减振器,这种悬架作用是外力引起的,所以称为被动悬架。半主动悬架由可控的阻尼及弹性元件组成,悬架的参数在一定范围内可以任意调节。主动悬架是在控制环节中安装了能够产生上下移动力的装置,执行元件针对外力的作用产生一个力来主动控制车身的移动和车轮受到的载荷,即路面的反作用力。随着电控技术的发展，微处理器在车辆中的应用已经日趋普遍,再加上作动器、可调减振器和变刚度弹簧等重大技术的突破,使人们更加注对主动悬架系统的研究。 车辆悬架的特性可以从车身垂直加速度,悬架动行程以及轮胎动位移来研究。本文对主动悬架采用LQG最优设计策略,利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,分别对被动悬架与主动悬架建立动力学模型,并对两种悬架的仿真结果做了详细的比较分析与说明。
车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声 )(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2） 式中： ????????????? ?--=00 01000 00001010 1 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调 节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优 控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比
车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为：
?????---==)(01..11..22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取 同被动悬架，且为了便于与 被动悬架的比较分析，选取 与被动悬架模型相同的输入 信号，路面激励仍为选白噪声)(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输 出方程 ???? ?+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2） 式中： ??????????????--=0001000000010101m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；??????????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控 制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优 反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确 定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调 节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最
§7 悬架 §7.5 主动悬架和菲主动悬架 上面讲述的传统式悬架特点是：刚度、阻尼是根据经验或优化方法确定，依此而设计的悬架结构，性能不变。不能调节——被动悬架。 主动悬架：刚度、阻尼动态自适应调节，是悬架始终处于最佳状态。 包含动力源的主动悬架系统称为全主动悬架或有源主动悬架；不包含动力源的主动悬架系统称为半主动悬架或无源主动悬架。 1.全主动悬架（简称主动悬架） 定义：主动悬架是在被动悬架系统（弹性元件、减振 器、导向装置）中附加一个可控制作用力的装置。 组成：执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4 部分组成。 执行机构的作用：是执行控制系统的指令，一般为力发生器 或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁阀等）。 测量系统的作用：是测量系统各种状态，为控制系统提供依 据，包括各种传感器。 控制系统的作用：是处理数据和发出各种控制指令，其核心 部件是电子计算机。 能源系统的作用：是为以上各部分提供能量。 （1）主动油气悬架系统 特点是通过调节油气弹簧的刚度达到主动调节目的。 （2）主动空气悬架系统 特点是通过调节空气弹簧的刚度达到调节目的。 2．半主动悬架 半主动悬架与主动悬架的区别是，半主动悬架用可控 阻尼的减振器取代了执行器。因此它不考虑改变悬架的刚 度，而只考虑改变悬架的阻尼。半主动悬架无动力源，由 可控的阻尼元件(减振器)和弹簧组成。 （1）有级式半主动悬架 将悬架系统中的阻尼分成两级、三级或更多级，可由 驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择所需要的阻 尼级。
（2）无级式半主动悬架 特点是可根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内由最小变到最大进行无级调节。
独立悬架的种类与其特点 所谓悬架，是指汽车的车身（车架）与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩。其主要包括弹性元件与阻尼元件，弹性元件能够缓和车身所受冲击，阻尼元件可以消除车身的振动. 悬架的形式主要分为两大类——独立悬架和非独立悬架。独立悬架采用断开式的车桥，悬架之间互相独立，两车轮间的运动时不会相互影响。独立悬架的操控性和舒适性较好，但构造较复杂，承载能力小。独立悬架主要分为三种形式——麦弗逊式独立悬架、双叉臂式独立悬架、多连杆式独立悬架。 独立悬架示意 麦弗逊式独立悬架 麦弗逊悬挂，是现在非常常见的一种独立悬挂形式，大多应用在车辆的前轮。简单地说，麦弗逊式悬挂的主要结构即是由螺旋弹簧加上减震器以及A字下摆臂组成，减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并且可以通过对减震器的行程、阻尼以及搭配不同硬度的螺旋弹簧对悬挂性能进行调校。
麦弗逊式独立悬架 麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、A字形下摆臂组成，绝大部分车型还会加上横向稳定杆。麦弗逊式独立悬架的物理结构为支柱式减震器兼作主销，承受来自于车身抖动和地面冲击的上下预应力，转向节（也可说车轮，因为转向节作用于车轮）则沿着主销转动；此外，其主销可摆动，特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，且前轮定位变化小，拥有良好的行驶稳定性。 在麦弗逊式独立悬架中，支柱式减震器除具备减震效果外，还要担负起支撑车身的作用，所以它的结构必须紧凑且刚度足够，并且套上螺旋弹簧后还要能减震，而弹簧与减震器一起，构成了一个可以上下运动的滑柱。还有一个关键部件---A字型下摆臂，它的作用是为车轮提供横向支撑力，并能承受来自前后方向的预应力。车辆在运动过程中，车轮所承受的所有方向的冲击力量就要靠支柱减震器和A字型下托臂这两个部件承担。 麦弗逊式独立悬架由螺旋弹簧、减震器、下三角摆臂组成，是一种经久耐用的独立悬架。它结构紧凑、空间小、成本低，具有很强的道路适应能力，在中小型轿车上有很多的应用。 双叉臂式独立悬架 双叉臂式悬架的诞生和麦弗逊式悬架有着紧密的血缘关系，它们的共同点为：下控制臂都由一根V字形或A字形的叉形控制臂构成，液压减震器充当支柱支撑整个车身。不同处则在于双叉臂式悬架多了一根连接支柱减震器的上控制臂，这样一来有效增强了悬架整体的可靠性和稳定性。
汽车悬架设计毕业设计matlab 篇一：基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真《现代控制理论及其应用》课程小论文 基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真 学院：机械工程学院班级：ＸＸＸＸ（XX）姓名： X X X XX年6月3号 河北工业大学 目录 1、研究背景................................................. ................................................... ............................. 3 2、仿真系统模型的建立................................................. ................................................... (4) 2.1被动悬架模型的建立................................................. .................................................... 4 2.2主动悬架模型的建立.................................................
.................................................... 5 3、LQG控制器设计 ................................................ ................................................... ................ 6 4、仿真输出与分析................................................. ................................................... .. (7) 4.1仿真的输出................................................. ................................................... ................. 7 4.2仿真结果分析................................................. ................................................... ............. 9 5、总结................................................. ................................................... ................................... 10 附录：MATLAB 程序源代码 ................................................ ...................................................