车辆主动悬架模糊控制器的设计及其仿真分析

该文通过车辆悬架系统和路面输入模型的建立，应用模糊逻辑控制理论，进行了车辆主动悬架模糊控制器的设计，并在Matlab/Sirmulink环境中对此模糊控制器进行了仿真，把它与传统的被动悬架和用LQG控制器控制的主动悬架作了比较及性能分析，仿真结果证明了相对于其它两种悬架来说，具有模糊控制器作用的主动悬架在降低车身加速度、改善车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性上有显著的效果。     

对汽车主动悬架LQG算法的优化仿真研究

主动悬架在汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性以及操纵稳定性等方面都具有明显的改善效果,而主动悬架控制算法的确定又是主动悬架设计的关键.传统的随机线性最优(Linear Quadratic Gaussian,LQG)控制算法因其权重系数主要是基于经验值反复的修改代入进行仿真计算,过程繁琐,准确度低.基于以车身垂向加速度、俯仰角加速度、悬架动挠度和轮胎动位移作为评价指标的LQG控制算法,与遗传算法(Genetic Algorithm,GA)相结合,设计出一种主动悬架的控制算法,建立了4自由度1/2车模型在Matlab/simulink中仿真,通过仿真和数据分析,得出基于GA优化的LQG控制算法能够使主动悬架系统获得更好的平顺性和乘坐舒适性.     

半主动悬架LQG控制及仿真分析

通过3自由度车辆半主动悬架系统模型的建立,采用LQG理论确定了半主动悬架的控制方法,并在MatLab/Simulink环境中对其进行仿真,并把它与被动悬架作了比较。仿真结果表明,相对被动悬架,具有LQG控制的半主动悬架在降低人体的加速度、改善车辆的乘坐舒适性和平顺性及行驶安全性上有显著的效果。     

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.     

基于ResNeSt网络路面状态识别的主动悬架模型预测控制

为了提升不同运行工况下的路面状态识别精度及主动悬架平顺性控制性能,提出一种基于ResNeSt网络路面状态识别的主动悬架模型预测控制(MPC)方法.首先,搭建基于多路径分散注意力思想的ResNeSt网络架构,建立面向主动悬架实时控制的路面状态识别算法,采用交叉熵目标损失函数和AdamW梯度下降算法进行网络训练以及测试实验验证;然后,在此基础上设计基于路面状态识别的主动悬架MPC控制算法,根据离散状态空间方程推导悬架系统预测模型,以悬架预测输出和控制力输入为性能指标建立目标函数,并考虑不同路面的控制策略确定加权矩阵取值,在系统约束条件下,将MPC目标函数转化为二次最优规划问题的求解;最后,将所提出控制算法与被动悬架、LQG控制进行对比仿真分析,结果表明:ResNeSt网络可以快速准确地识别多种路面状态,所提出控制算法能够根据路面状态对悬架进行实时瞬态主动控制,簧载质量加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的均方根值平均值相比LQG控制分别降低36.56%、32.99%和36.28%.     

基于微分几何的矿用汽车汽车油气悬架LQG控制

为了提高在矿山路面的行驶平顺性与安全性,建立了矿用汽车1/4车辆半主动油气悬架动力学模型,并分析了油气悬架弹性力和阻尼力的非线性特性;在微分几何理论的基础上,利用状态反馈线性化方法实现非线性模型精确线性化,应用最优控制理论设计了LQG控制器,并采用层次分析法确定LQG控制的各性能指标的加权系数;仿真结果表明:经层次分析法合理选择加权系数后,车身加速度、悬架动行程及轮胎动位移等分别较被动油气悬架降低了42.6%、21.9%和27.3%,显著提高了车辆在矿山路面的行驶平顺性、操稳性以及安全性。     

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.     

基于轴距预瞄的虚拟轨道列车主动悬架控制策略

针对虚拟轨道列车垂向振动问题,基于轴距预瞄原理设计了一种列车主动悬架控制策略.首先,考虑线性滤波白噪声路面不平度激励,建立了列车—路面耦合振动模型;其次,结合列车轴距预瞄信息,利用线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)控制理论设计了列车主动悬架LQG控制器,并基于自适应粒子群算法(Adaptive Particle Swarm Optimization,APSO)对控制器的权重系数进行优化;最后,研究了列车在随机路面和脉冲路面激励作用下的垂向振动特性.仿真结果表明,本文所设计的列车主动悬架控制策略能明显降低列车在随机路面和脉冲路面激励作用下各节车体的垂向振动,且针对不同等级路面和车速工况,均有良好的鲁棒性,有效提高了虚拟轨道列车的乘坐舒适性.     

车辆主动悬架优化设计与仿真分析

基于混合粒子群优化（Hybrid Particle Swarm Optimization,HPSO）算法设计了一种以降低车身加速度（BA）,悬架动行程（SWS）和轮胎动位移（DTD）为目标的车辆主动悬架线性最优控制器。建立了2自由度1/4车辆主动悬架动力学模型,运用混合粒子群优化算法对LQG控制器的权值矩阵进行优化求解,在Matlab/Simulink环境下,对不同工况下的车辆悬架进行了仿真分析。仿真结果表明,经过混合粒子群算法优化后的主动悬架在行驶平顺性和操纵稳定性上有所改善,并且优化后主动悬架性能指标BA,SWS和DTD的均方根值最大分别减少了22.56%,44.27%和19.75%。     

ADAMS/CAR与EASY5在车辆主动悬架动力学研究中的应用

概括介绍了ADAMS/CAR与EASY5仿真软件在车辆主动悬架研究中的应用,通过ADAMS/CAR建立了整车主动悬架的多体动力学模型,采用EASY5软件设计了主动悬架的液压系统,并提出了ADAMS/CAR与EASY5联合仿真的方案,对联合仿真技术应用于主动悬架进行了可行性分析.同时,车辆平顺性的仿真结果表明,采用液压主动悬架的车辆与采用被动悬架的车辆相比平顺性有了明显的改善.     

Non-fragile output feedback H∞ vehicle suspension control using genetic algorithm

This paper presents an approach to design static output feedback and non-fragile static output feedback H_∞ controllers for active vehicle suspensions by using linear matrix inequalities and genetic algorithms. A quarter-car model with active suspension system is considered in this paper. By suitably formulating the minimization problem of the sprung mass acceleration, suspension deflection and tyre deflection, a static output feedback H_∞ controller and a non-fragile static output feedback H_∞ controller are obtained. The controller gain is naturally constrained in the design process. The approach is validated by numerical simulation which shows that the designed static output feedback H_∞ controller can achieve good active suspension performance in spite of its simplicity, and the non-fragile static output feedback H_∞ controller has significantly improved the non-fragility characteristics over controller gain variations.     

基于模糊PID控制的列车主动悬架振动控制研究

为了研究高速列车主动悬架系统横向振动控制,将研究对象简化为二自由度1/4车悬挂模型,研究了高速列车车体的横移、侧滚为变量的列车悬挂控制系统,采用德国轨道谱作为列车的激励拟合。算法控制器选择方面,在PID控制和模糊控制的基础上,建立模糊PID控制,并建立了基于模糊PID控制的高速列车主动悬架横向振动控制系统,通过MATLAB仿真生成关系曲线,验证了模糊PID控制算法具有更好的控制效果。     

汽车主动悬架系统H∞控制器的降阶

基于整车模型设计的主动悬架控制系统,控制器阶数往往较高.在保证主动悬架闭环系统性能的情况下如何尽可能地降低控制器的阶数,是有待解决的问题.本文首先建立汽车7自由度整车悬架模型.针对人体敏感的振动频率范围,设计汽车主动悬架H_∞控制器.在此基础上采用Hankel范数最优降阶法对所设计的高阶控制器进行降阶研究,与模态截取法、均衡截取法进行比较,结果显示Hankel范数最优降阶法能获得更好的降阶效果.对采用降阶和全阶控制器的主动悬架系统进行仿真的结果表明,Hankel范数最优降阶法在较大程度地降低控制器阶数的同时,闭环系统频域和时域特性没有明显降低且汽车乘坐舒适性良好.     

A new model-free adaptive sliding controller for active suspension system

Active suspension systems are designed to provide better ride comfort and handling capability in the automotive industry. Since the active suspension system has nonlinear and time-varying characteristics, it is difficult to establish an accurate dynamic model for designing a model-based controller. Here, a functional approximation (FA) based adaptive sliding controller with fuzzy compensation is proposed for an active suspension system. The FA technique is employed to represent the unknown functions, which releases the model-based requirement of the sliding mode control. In addition, a fuzzy control scheme with online learning ability is employed to compensate for the modeling error of the FA with finite number of terms for reducing the implementation difficulty. To guarantee the control system stability, the update laws of the coefficients in the approximation function and the fuzzy tuning parameters are derived from the Lyapunov theorem. The proposed controller is employed on a quarter-car active suspension system. The simulation results and experimental results show that the proposed controller can suppress the oscillation amplitude of the sprung mass effectively. To evaluate the performance improvement of inducing a fuzzy compensator in this FA adaptive controller, the dynamic responses of the proposed hybrid controller are compared with those of FA-based adaptive sliding controller only.     

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.     

具有输入时滞的主动悬挂系统的减振控制

研宄具有输入时滞的汽车主动悬挂系统在路面扰动下的减振控制器设计问题.首先根据汽车悬挂系统的特点,从实用性的角度出发化简了悬挂系统的数学模型.然后提出一种变量代换方法,将具有输入时滞的主动悬挂系统转换为形式上不含时滞的系统.针对转换后的无时滞系统,设计出具有输入时滞的主动悬挂系统减振控制器:又从控制器的成本和易实现性出发添加了一个状态观测器.在这种系统结构下,设计出一种具有记忆和积分特性的主动悬挂系统减振控制策略.仿真结果验证了这种设计控制器的方法是有效的.     

基于模糊控制的汽车主动悬架系统仿真研究

汽车悬架直接影响汽车在行驶过程中抑制不平路面对车身的冲击力及车身倾斜度,传统被动悬架遇冲击自动调节能力较差,抗振能力不强,针对上述问题,通过对悬架受力特点分析,建立了1/4车体二自由度主动悬架数学模型,结合自动控制理论,设计车辆的主动悬架模糊控制器,利用MATLAB/Simulink模糊工具箱对其进行仿真,在相同输入的情况下,对主动悬架与被动悬架模型部分性能参数分析比较,仿真结果表明采用此模糊控制器的主动悬架在提高车辆乘坐的舒适性和操纵的稳定性方面明显优于被动悬架。实验证明,研究结果对汽车主动悬架系统的设计具有一定参考价值。     

具有执行器容错的汽车主动悬架系统有限频率H∞控制

本文研究了一类具有执行器容错的主动悬架系统有限频率H_∞控制问题.运用广义的Kalman-Yakubovich-Popov(KYP)引理,设计了有限频率H_∞控制器.该控制器不仅能够最大程度地减少路面在4～8 Hz范围内对乘客的影响,还能够保证汽车的悬架行程和车轮的动静载之比在它们允许的范围内.因此所设计的有限频率H_∞控制器不仅能够保证汽车驾驶的舒适性还能够保证汽车驾驶的安全性.为了解决系统状态不完全可测的问题,本文采用了动态输出反馈控制器策略.除此之外,在控制器的设计过程中还考虑了主动悬架系统的参数不确定性以及执行器随机故障的现象.最后,本文基于四分之一汽车主动悬架系统验证了控制器的有效性.     

执行器有时滞的馈能式主动悬架的鲁棒控制

车辆用的馈能式主动悬架系统具有不确定参数,而且执行器有时滞.为了保证其稳定性、减振性和能量回收性能,我们提出了一种保成本/H∞鲁棒控制器设计方法.对车辆悬架系统性能方面的要求,用二次型加权性能指标和H∞性能指标反映.定义了一个Lyapunov函数代表这两个性能指标;根据这个Lyapunov函数,把闭环系统设计问题转化为一组线性矩阵不等式以求解控制器.根据直流电机工作原理,分析了参数摄动和执行器时滞对系统能量平衡的影响,推导出了能量平衡方程.最后对二自由度1/4车悬架模型进行了仿真;结果表明:对一定范围内的参数摄动和有界时滞,悬架系统在有效减振的同时,实现了能量的回收.