麦弗逊悬架角振动模型及其LQG控制
发布时间：2022-01-07 19:21
在本文中,对研究车辆平顺性所采用的传统车身与车轮间的振动模型给予改进,针对麦弗逊式悬架系统的控制,基于角坐标系,以悬架控制臂的转角表达非簧载质量的运动。在二自由度的四分之一车悬架新模型中,悬架状态输出为簧载质量的垂直加速度和控制臂的角位移。结果显示,传统车身与车轮二自由度振动模型是此新模型的一种特殊形式,并相对于传统模型,对弹簧体的水平运动给予考虑,更符合麦弗逊式悬架系统的真实运动情况。在二自由度的四分之一车悬架新模型的基础上,我们进一步的设计出四自由度的二分之一车悬架新模型,悬架状态输出则为簧载质量的垂直加速度、车身侧倾角加速度以及左、右控制臂的角位移。结果显示,传统模型与新模型之间各性能评价指标之间各有优异,但差距不大。但新模型相对于传统模型,考虑了弹簧体的水平运动,更符合麦弗逊式悬架系统的真实运动情况。在设计的二自由度的四分之一车悬架新模型与四自由度的二分之一车悬架新模型的基础上,我们进一步的对俩种模型的主动悬架的线性最优控制器进行设计,在Matlab/Simulink环境下对不同工况下的车辆振动给予仿真分析,且将俩者分别与传统的二自由度的四分之一车悬架模型与传统的四自由度的二分...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１麦弗逊式前独立悬架模型??
?青岛理工大学硕士学位论文???第二章１／４整车的线振动与角振动建模??１／４整车模型是最经典的悬架模型，广泛用于被动悬架性能分析和主动控制算??法研宄，其力学模型通常采用２Ｄ０Ｆ的线振动形式。与之相对，角振动模型充分考??虑麦弗逊悬架的结构特征，即可提供更好的分析和控制精度，也具备可统一的数学??表述形式。??２．１传统１／４模型??２．１．１?１／４被动悬架模型??由于一般车轮的阻尼都相当的小，以减少因车轮变形所导致的阻尼做功，因此??忽略车轮阻尼。此时按照力学等效的前提，根据轴载分配可以将悬挂质量换算为前??轴簧上质量ｍ２，／＾和／＾对应两个自由度ｚ；３和ｚ／２，＆为路面激励，故该模型为??２Ｄ０Ｆ模型。丨／４车被动悬架模型如图２．１所示。??２１３?＾—?Ｉ?ｍ?ｎ??丁??．１?ｃｉ??ｔ?Ｉ??Ｚ１２?Ｉ??ＴＹｌｉ??ｋｕ??２？＞?＾??图２．１丨／４车被动悬架模型??Ｆｉｇ?２．１?１／４?ｃａｒ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??图２．１中，ｍ，为非悬挂质量，ｍ２为悬挂质量，＆为轮胎刚度系数，为弹簧??刚度系数，ｃ，为减振器阻尼系数。??对于图２．１中的１／４二自由度被动悬架模型，参考牛顿第二定律，可以得到??其动力学方程如下：??７??
?青岛理工大学硕士学位论文???ｊ?＾２＾／３?＝?￣Ｋｌ?（Ｚ／３?－?Ｚ／２?）?＊?Ｃｌ?（＾／３?－?＾２?）??＼ｍ?１?＇＾１２?＝?＿＾／２?（Ｚ／２?￣２ｉｚ）￣?Ｃｌ?｛＾１２?￣?＾ｌ＼?（Ｚ／２?—?ｚｎ?）??２．１．２传统１／４主动悬架模型??在图２．１的丨／４被动悬架的基础上，与主动控制作动器并联，可得到图２．５的??１／４主动悬架。图２．２中乂为主动悬架作动器的控制力。??Ｚｂ?ｔ??ｍ２??ｔ??Ｉ?ｒｎ??￣ｒ??ｋｎ??Ｚｕ?＾＿??图２．２传统丨／４车主动悬架模型??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?１／４?ｃａｒ?ａｃｔｉｖｅ?ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??根据牛顿第二定律，我们可以得到１／４车主动悬架系统的动力学方程如下：??ｍ２＾ｎ?＝?￣＾Ｉ２?｛Ｚｌｉ?￣?Ｚｌｌ）￣?Ｃｌ?（＾／３?￣?＾／２?）?＾ｆｌ?＋?ｆａ?”??｜?ｗ，?ｚ／２?＝?—ｋｌ２?（ｚｌ２?￣?ｚｎ）￣?ｃｉ?｛＾１２?—?＾／３）?—?＾／ｉ?（?ｚｎ?￣?ｚｉ＼）￣?ｆｉ??式中乂为簧载质量动载荷，仅做正常行驶的平顺性分析时可以忽略／ａ，但是??在考虑与侧倾、制动、加速的联合工况时乂对计算结果精度有明显影响。??在经典控制理论中，对于线性系统，可以使用普通微分方程或传递函数对系统??的运动状态进行描述，可以把单个变量作为输出信号，直接和输入的信号连接起来。??然而在实际运用中，系统的输出变量除了已知的，可能还输出了一些彼此无关联的??变量，但是在微分方程或者系统的传递函数中，并不能表达出这些独立变量之间的??关系，所以在现有的系统中所包含的信息是不全面的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼飞行器自适应收缩反步控制[J]. 张果,卢天秀,曹立佳,林达. 电光与控制. 2020(01)
[2]无人机吊挂空运系统的自适应控制设计[J]. 韩晓薇,鲜斌,杨森. 控制理论与应用. 2020(05)
[3]无人艇重定义无模型自适应艏向控制方法与试验[J]. 廖煜雷,杜廷朋,付悦文,姜权权,陈启贤,姜文. 哈尔滨工程大学学报. 2020(01)
[4]基于角振动模型的麦弗逊被动悬架[J]. 刘之涵,柳江,张果霞. 时代汽车. 2019(13)
[5]某车型麦弗逊悬架KC特性分析[J]. 黄喆,张天宇,赵志军,吴岩. 汽车实用技术. 2018(13)
[6]基于LQG的混合电磁悬架阻尼-刚度设计及试验研究[J]. 汪若尘,钱禹辰,丁仁凯,孟祥鹏,谢健. 振动与冲击. 2018(03)
[7]基于LPV模型的麦弗逊式主动悬架控制器设计[J]. 赵强,何法. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2018(08)
[8]麦弗逊式悬架运动分析[J]. 凌晨,韩权武,刘春梅,彭锋. 汽车工程学报. 2015(06)
[9]基于改进AHP的汽车主动悬架LQG控制研究[J]. 郑帅,朱龙英,张军. 中国农机化学报. 2015(02)
[10]浅析汽车主动悬架系统的发展和控制策略[J]. 邱亚宇. 黑龙江科技信息. 2014(01)
硕士论文
[1]麦弗逊悬挂系统的汽车平顺性研究[D]. 白园.陕西科技大学 2018
[2]车辆悬架系统的LQG控制器设计[D]. 陈英.西安理工大学 2017
[3]麦弗逊悬架系统的仿真分析与优化设计[D]. 叶良.安徽理工大学 2017
[4]基于约束优化的双臂机器人协调控制研究[D]. 江一鸣.广东工业大学 2015
[5]飞机牵引车磁流变半主动悬架自适应控制[D]. 魏庆福.哈尔滨工业大学 2012
[6]汽车半主动悬架模糊控制研究[D]. 张彦如.合肥工业大学 2005
本文编号：3575118
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１麦弗逊式前独立悬架模型??
?青岛理工大学硕士学位论文???第二章１／４整车的线振动与角振动建模??１／４整车模型是最经典的悬架模型，广泛用于被动悬架性能分析和主动控制算??法研宄，其力学模型通常采用２Ｄ０Ｆ的线振动形式。与之相对，角振动模型充分考??虑麦弗逊悬架的结构特征，即可提供更好的分析和控制精度，也具备可统一的数学??表述形式。??２．１传统１／４模型??２．１．１?１／４被动悬架模型??由于一般车轮的阻尼都相当的小，以减少因车轮变形所导致的阻尼做功，因此??忽略车轮阻尼。此时按照力学等效的前提，根据轴载分配可以将悬挂质量换算为前??轴簧上质量ｍ２，／＾和／＾对应两个自由度ｚ；３和ｚ／２，＆为路面激励，故该模型为??２Ｄ０Ｆ模型。丨／４车被动悬架模型如图２．１所示。??２１３?＾—?Ｉ?ｍ?ｎ??丁??．１?ｃｉ??ｔ?Ｉ??Ｚ１２?Ｉ??ＴＹｌｉ??ｋｕ??２？＞?＾??图２．１丨／４车被动悬架模型??Ｆｉｇ?２．１?１／４?ｃａｒ?ｐａｓｓｉｖｅ?ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??图２．１中，ｍ，为非悬挂质量，ｍ２为悬挂质量，＆为轮胎刚度系数，为弹簧??刚度系数，ｃ，为减振器阻尼系数。??对于图２．１中的１／４二自由度被动悬架模型，参考牛顿第二定律，可以得到??其动力学方程如下：??７??
?青岛理工大学硕士学位论文???ｊ?＾２＾／３?＝?￣Ｋｌ?（Ｚ／３?－?Ｚ／２?）?＊?Ｃｌ?（＾／３?－?＾２?）??＼ｍ?１?＇＾１２?＝?＿＾／２?（Ｚ／２?￣２ｉｚ）￣?Ｃｌ?｛＾１２?￣?＾ｌ＼?（Ｚ／２?—?ｚｎ?）??２．１．２传统１／４主动悬架模型??在图２．１的丨／４被动悬架的基础上，与主动控制作动器并联，可得到图２．５的??１／４主动悬架。图２．２中乂为主动悬架作动器的控制力。??Ｚｂ?ｔ??ｍ２??ｔ??Ｉ?ｒｎ??￣ｒ??ｋｎ??Ｚｕ?＾＿??图２．２传统丨／４车主动悬架模型??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?１／４?ｃａｒ?ａｃｔｉｖｅ?ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??根据牛顿第二定律，我们可以得到１／４车主动悬架系统的动力学方程如下：??ｍ２＾ｎ?＝?￣＾Ｉ２?｛Ｚｌｉ?￣?Ｚｌｌ）￣?Ｃｌ?（＾／３?￣?＾／２?）?＾ｆｌ?＋?ｆａ?”??｜?ｗ，?ｚ／２?＝?—ｋｌ２?（ｚｌ２?￣?ｚｎ）￣?ｃｉ?｛＾１２?—?＾／３）?—?＾／ｉ?（?ｚｎ?￣?ｚｉ＼）￣?ｆｉ??式中乂为簧载质量动载荷，仅做正常行驶的平顺性分析时可以忽略／ａ，但是??在考虑与侧倾、制动、加速的联合工况时乂对计算结果精度有明显影响。??在经典控制理论中，对于线性系统，可以使用普通微分方程或传递函数对系统??的运动状态进行描述，可以把单个变量作为输出信号，直接和输入的信号连接起来。??然而在实际运用中，系统的输出变量除了已知的，可能还输出了一些彼此无关联的??变量，但是在微分方程或者系统的传递函数中，并不能表达出这些独立变量之间的??关系，所以在现有的系统中所包含的信息是不全面的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼飞行器自适应收缩反步控制[J]. 张果,卢天秀,曹立佳,林达. 电光与控制. 2020(01)
[2]无人机吊挂空运系统的自适应控制设计[J]. 韩晓薇,鲜斌,杨森. 控制理论与应用. 2020(05)
[3]无人艇重定义无模型自适应艏向控制方法与试验[J]. 廖煜雷,杜廷朋,付悦文,姜权权,陈启贤,姜文. 哈尔滨工程大学学报. 2020(01)
[4]基于角振动模型的麦弗逊被动悬架[J]. 刘之涵,柳江,张果霞. 时代汽车. 2019(13)
[5]某车型麦弗逊悬架KC特性分析[J]. 黄喆,张天宇,赵志军,吴岩. 汽车实用技术. 2018(13)
[6]基于LQG的混合电磁悬架阻尼-刚度设计及试验研究[J]. 汪若尘,钱禹辰,丁仁凯,孟祥鹏,谢健. 振动与冲击. 2018(03)
[7]基于LPV模型的麦弗逊式主动悬架控制器设计[J]. 赵强,何法. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2018(08)
[8]麦弗逊式悬架运动分析[J]. 凌晨,韩权武,刘春梅,彭锋. 汽车工程学报. 2015(06)
[9]基于改进AHP的汽车主动悬架LQG控制研究[J]. 郑帅,朱龙英,张军. 中国农机化学报. 2015(02)
[10]浅析汽车主动悬架系统的发展和控制策略[J]. 邱亚宇. 黑龙江科技信息. 2014(01)
硕士论文
[1]麦弗逊悬挂系统的汽车平顺性研究[D]. 白园.陕西科技大学 2018
[2]车辆悬架系统的LQG控制器设计[D]. 陈英.西安理工大学 2017
[3]麦弗逊悬架系统的仿真分析与优化设计[D]. 叶良.安徽理工大学 2017
[4]基于约束优化的双臂机器人协调控制研究[D]. 江一鸣.广东工业大学 2015
[5]飞机牵引车磁流变半主动悬架自适应控制[D]. 魏庆福.哈尔滨工业大学 2012
[6]汽车半主动悬架模糊控制研究[D]. 张彦如.合肥工业大学 2005
本文编号：3575118
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