轮毂式电机驱动电动汽车主动悬架滑模控制研究

悬架作为车身、车架和车轮之间的一个连接结构系统,对车辆的行驶平顺性、操纵稳定性、驾乘舒适性等具有较大影响.针对新型主动悬架系统能改善驾乘舒适性、防止驾驶者的疲劳,以及保证极限工况危急时刻车辆操控权限的优点,建立采用悬置轮毂式电机驱动的电动汽车四分之一主动悬架模型,设计了基于电磁作动器的主动悬架滑模控制系统,运用李雅普诺夫判据证明了该系统的稳定性,并采用趋近律方法降低滑动模态带来的抖振影响.在Matlab/Simulink中进行四分之一主动悬架建模,与Carsim联合仿真实验,使用白噪声模拟的B级路面与冲击激励作为输入验证主动悬架系统的车身垂向加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷等性能,结果表明:设计的滑模控制系统能够减少车身所受影响,明显提高车辆的驾乘舒适性和平顺性.     

机电作动器悬架硬件在环仿真测试平台研究

为了提高汽车的平顺性,提出一种机电作动器悬架,设计了机电作动器悬架硬件在环仿真测试平台。建立基于机电作动器的主动悬架数学模型与仿真模型,以嵌入式系统单片机为主处理器设计机电作动器悬架的控制器;在此基础上,以dSPACE为模型运行载体搭建机电作动器悬架硬件在环仿真测试平台;利用该测试平台进行了仿真试验。结果表明所研究的硬件在环仿真测试平台具备较好的硬件在环仿真功能,能够对机电作动器悬架性能、主动悬架控制算法进行验证与评价。     

应用轴距预描的主动悬架最优控制器设计

设计主动悬架的关键任务之一是寻找一个好的控制律，随机线性最优控制理论能为车辆提供良好的性能，得到了广泛的应用。轴距预描控制利用前轮处的路面信息作为预描变量对后轮进行控制，能充分发挥主动悬架的潜力。该文以悬架理论为基础，应用最优控制理论进行了结合轴距预瞄信息的主动悬架最优控制器的设计，并用一个卡尔曼滤波器估计系统状态。最后在MATLAB环境中建模和仿真，将有、无预描主动悬架系统的车身加速度、悬架动行程及车轮动位移3项指标进行了对比。仿真结果表明，采用轴距预描控制在低速情况下能较大改善后悬架系统的性能．验证了轴距预描控制的可行性。     

车辆主动悬架的BP神经网络自适应PID控制

提出了一种主动悬架的基于BP神经网络的自适应PID控制方法,并借助于1/4主动悬架物理模型,探讨了该控制技术在车身主动减振方面的控制问题.以白噪声模拟路面输入,对车辆主动悬架系统进行计算机仿真研究.将BP神经网络PID主动悬架、PID主动悬架和被动恳架的车身加速度、悬架动挠度及车轮动位移三项指标的均方根值进行了对比分析.仿真结果表明,具有BP神经网络PID控制器的主动悬架控制效果明显优于PID主动悬架和被动悬架,可大大减少路面对车身的振动冲击,能显著地提高车辆行驶平顺性和乘坐舒适性,且鲁棒性好.     

基于反向递推的主动悬架控制设计与仿真

车辆悬架系统是典型的非线性系统,反向递推(Backstepping)控制理论适用于非线性系统的控制.本文建立了基于反向递推控制策略的车辆主动悬架模型,证明了该主动悬架系统具有全局渐进稳定特性,能实现突遇路面冲击时防止发生悬架击穿之目的.对某型车辆单轮悬架的越障案例进行了仿真研究,结果表明:当车辆驶过路面突起时,采用所提出的反向递推控制策略的主动悬榘系统的性能优于最优控制主动悬架和被动悬架系统,避免了悬架击穿.     

H_∞控制主动悬架平顺性仿真分析

关于改善车辆的行驶平顺性问题,由于行驶路面激励,存在不稳定因素,应调节悬架系统的刚度和阻尼,改善行驶的平顺性。为解决上述问题,提出采用主动悬架H∞输出反馈控制策略。根据线性矩阵不等式方法,在控制器设计中,假定悬架动行程及车身竖向加速度可以量测,同时考虑量测噪声;在控制输出向量选取上,以降低车身竖向加速度响应为目标,同时兼顾悬架最大动行程及轮胎动挠度。对于控制系统的数值仿真,通过引入虚拟激励,直接由道路谱得到车辆响应的精确功率谱密度。数值仿真结果表明,具有H∞输出反馈控制器的主动悬架对车辆行驶平顺性的改善有良好的效果。     

悬架式司机座椅悬挂系统阻尼的单片机控制

文章论述了采用８０５１单片机对工程机械车辆司机座椅动态参数进行控制以实现减振的方法与设计。在分析了座椅悬架系统工作特性之后，设置单片机控制的动态参数一阻尼系统ζ在０－１之间接０。６１８法优化，确定其最优值。文章还对所编制的控制程序作了介绍。     

基于EHA的车辆主动悬架建模与仿真研究

采用一种新颖的可控减振技术,提出基于EHA的主动悬架系统.文章在建立1/4车辆悬架动力学模型和EHA综合模型的基础上,以天棚阻尼模型作为参考模型,利用模糊控制方法对簧载质量的垂直加速度进行控制并与被动悬架进行了比较.仿真结果表明:在随机和脉冲两种信号的激励下,相对于被动悬架,主动悬架簧载质量的垂直加速度均方根值分别下降了27%、16%,结果证明了所建模型的正确性以及模糊控制方法对改善汽车性能的可行性和有效性.     

基于电流变阻尼器的履带式车辆悬架振动控制

提出一种基于电流变阻尼器的半主动悬架系统,建立了某履带式车辆悬架的1/4车体动力学模型,在此基础上给出了悬架系统的运动方程和状态方程,分析了某种剪切模式电流变阻尼器的阻尼力并作为悬架系统半主动控制的制动器.将随机最优控制理论应用到车辆悬架的控制中,以车身加速度、悬架动行程和轮胎动位移的加权二次型最小为控制性能指标,设计了线性二次型高斯(LQG)控制器,通过被动悬架与LQG控制悬架的仿真比较,在轮胎动位移基本相同的情况下,LQG控制能有效的降低车身加速度,充分利用悬架的工作空间,提高车辆的舒适性和安全性.     

电磁反力作动器控制系统设计

开发了一种采用电磁作动器的SPWM振动主动控制系统。简单介绍了电磁作动器的数学模型,通过仿真分析与试验分析了解了作动器的作动特性。阐述了SPWM的调制原理与频谱分析。对某中型货车发动机振动主动控制系统进行了控制规律研究,并应用单片机技术对控制系统进行了减振试验验证。结果表明发动机振动衰减明显,该振动主动控制系统的设计是可行的。     

Novel Optimal Design Approach for Output‐Feedback H∞ Control of Vehicle Active Seat‐Suspension System

In this paper, the output‐feedback control problem of a vehicle active seat‐suspension system is investigated. A novel optimal design approach for an output‐feedback H_∞ controller is proposed. The main objective of the controller is to minimize the seat vertical acceleration to improve vehicle ride comfort. First, the human body and the seat are considered in the modeling of a vehicle active suspension system, which makes the model more precise. Other constraints, such as tire deflection, suspension deflection and actuator saturation, are also considered. Then the output‐feedback control strategy is adopted since some state variables, such as body acceleration and body deflection, are unavailable. A concise and effective approach for an output‐feedback H_∞ optimal control is presented. The desired controller is obtained by solving the corresponding linear matrix inequalities (LMIs) and by the calculation of equations proposed in this paper. Finally, a numerical example is presented to show the effectiveness and advantages of the proposed controller design approach.     

Fault diagnosis for a class of active suspension systems with dynamic actuators’ faults

In this paper, a new fault diagnosis and fault-tolerant control method for a class of active suspension systems with actuator faults is proposed. The considered actuators have uncertain dynamic characteristics, which are the electromagnetic actuators made up with a motor control system and a ball screw transmission mechanism. To detect such suspension system actuator faults, dynamic fault diagnosis observers are designed for the actuators to estimate the possible faults. The actuators are analyzed to first and second order dynamic models, respectively, whose output can be measured but the rate is non-measurable. Then, the fault diagnosis method is developed for these two kinds of models to obtain the fault information. Using the fault estimation and adaptive control technique, a robust fault-tolerant controller is constructed to guarantee the performance of the rail vehicles in the faulty case. Finally, using the parameters of a practical suspension system, a simulation study is conducted to show the effectiveness of the proposed method.     

Study on vehicle active suspension system control method based on homogeneous domination approach

In an active suspension system, there is an actuator mounted between the sprung mass and the unsprung mass to change the stiffness and damp of the suspension for ride comfort and handling stability. Because the active suspension control system is an under‐actuated system, the control problem of the active suspension is challenging but interesting. In order to solve this issue, a novel vehicle active suspension control method based on homogeneous domination approach is proposed in this paper. Firstly, a groundhook control model is constructed according to the general active suspension dynamic model. In order to deal with the additional terms of the control system which are harmful for convergence, a homogeneous domination approach is used to construct an active suspension homogeneous controller (ASHC). A useful technical theorem is proposed in the stability analysis to show that the proposed ASHC can guarantee the states of the active suspension system being stabilized. Compared with the SMC method and without any controller (passive suspension), the simulation results indicate that the proposed ASHC is effective.     

基于模糊神经网络的二自由度主动悬架滑模控制系统设计

主动悬架滑模控制系统受到行驶路面影响,车体震动加速度功率谱密度与实际密度不一致,导致系统控制效果不佳,提出基于模糊神经网络的二自由度主动悬架滑模控制系统设计;基于二自由度硬件结构,在主动悬架液压伺服系统中安装蓄能器,减小空间内存;采用磁流变阻尼器,调整电流大小控制阻尼;设计自适应减振座椅悬架并计算阻尼值,实现了主动悬架的控制;考虑路面不规则度,构建二自由度主动悬架滑模控制模型,依据牛顿定律计算悬架弹性元件受力;采用模糊控制规则校正控制误差,采用模糊神经网络设计主动悬架滑膜控制方案,经迭代处理得到满足优化要求的解,实现滑膜控制;由试验结果可知,车体震动加速度功率谱密度与实际密度一致,从最初的0 ms^(-2)到最终的1.5 ms^(-2),具有良好控制效果,确保乘车的舒适性。     

时延MPC自主车辆协同控制算法与仿真

协同自适应巡航控制（CACC）系统中车辆纵向运动的上下位分层控制器结构,上位控制器采用状态空间模型预测控制算法,利用期望距离以及车辆与环境的实时信息决策出被控车辆运动的期望加速度。下位控制器根据期望加速度,求解发动机节气门开度或制动压力。车辆的执行器时延会对系统的稳定性产生很大的影响。根据动态矩阵控制算法对纯滞后对象的补偿作用,提出一种改进的模型预测控制算法,并与PID控制算法（下位控制器）相结合形成自主车辆纵向运动的上下位分层控制器,以补偿车辆的执行器时延带来的影响。通过SIMULINK/CARSIM联合仿真平台对所设计的算法进行了仿真研究,仿真结果表明所设计算法减小了CACC系统车辆在跟随过程中的速度跟踪误差以及间距误差,提高了系统的稳定性法。     

Adaptive backstepping‐based control design for uncertain nonlinear active suspension system with input delay

This paper addresses the control problem of adaptive backstepping control for a class of nonlinear active suspension systems considering the model uncertainties and actuator input delays and presents a novel adaptive backstepping‐based controller design method. Based on the established nonlinear active suspension model, a projector operator–based adaptive control law is first developed to estimate the uncertain sprung‐mass online, and then the desirable controller design and stability analysis are conducted by combining backstepping technique and Lyapunov stability theory, which can not only deal with the actuator input delay but also achieve better dynamics performances and safety constraints requirements of the closed‐loop control system. Furthermore, the relationship between the input delay and the state variables of this vehicle suspension system is derived to present a simple and effective method of calculating the critical input delay. Finally, a numerical simulation investigation is provided to illustrate the effectiveness of the proposed controller.     

基于LMI的磁浮列车悬浮系统被动容错控制

磁浮列车的悬浮系统是具有多传感器、多控制器的复杂非线性系统,其运行环境十分复杂.一旦发生故障或失效就有可能造成人员伤亡或财产损失.为了提高悬浮系统的安全性和可靠性,针对磁浮列车悬浮系统的电磁铁或功率放大器等执行器故障进行了容错控制问题的研究.在建立磁浮列车悬浮控制系统模型的基础上,从被动容错控制角度出发,采用LMI(线性矩阵不等式)方法设计了悬浮控制系统在执行器故障条件下的容错控制器,并以实际对象参数为例进行了仿真分析.仿真结果表明所设计容错控制器可以实现磁浮列车在故障条件下的稳定悬浮与运行,证明了将基于LMI的被动容错控制策略应用于磁浮列车悬浮控制系统的可行性.