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原文传递基于车辆侧倾运动安全性的主动悬架LQG控制器设计

论文题名：	基于车辆侧倾运动安全性的主动悬架LQG控制器设计
关键词：	车辆行驶;侧倾运动;安全性;主动悬架;LQG控制器
摘要：	随着高速公路网密集化发展和汽车保有量不断创造新高，人们对车辆行驶时的侧倾运动安全性能要求越来越高。为提高车辆转向-侧倾运动工况的安全性，以主动悬架为执行机构，设计线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian，LQG)控制器直接控制横向载荷转移率(Lateral-load Transfer Ratio，LTR)。主要的研究工作如下：　　(1)基于三自由度车辆转向-侧倾运动模型，选择LTR、侧倾角和侧倾角加速度构造车辆侧倾运动安全综合性能评价指标。通过理论推导和分析发现现有的LQG控制器设计方法不能跟踪作为干扰量的前轮转向角进行反馈控制，无法跟踪控制车辆侧倾运动安全综合性能评价指标。　　(2)提出了一种基于干扰微分变形与增加控制无穷小量的车辆侧倾运动安全主动悬架LQG控制器设计方法。该方法将前轮转向角进行满足最小相位系统的微分变形与原主动悬架系统状态方程组成新的增广系统方程，并在综合性能评价指标中引入包含控制向量的无穷小量，以满足LQG控制器设计条件。　　(3)为了取得良好的车辆侧倾运动安全控制效果，利用层次分析法确定LTR、侧倾角和侧倾角加速度的主观加权系数；基于鱼钩工况为典型转向工况仿真获取车辆转向-侧倾运动统计数据，利用归一法确定客观加权系数；结合主、客观加权系数进而确定控制器的控制加权系数。　　(4)为了协调车辆的侧倾运动安全性与平顺性，基于车辆转向-侧倾运动六自由度动力学模型，以横向加速度为判断依据，构建了侧倾运动安全性与平顺性协调控制策略，决定主动悬架平顺性控制模式、侧倾运动安全控制模式及报警提示减速模式的切换。　　研究结果显示：　　(1)与被动悬架比较，基于三自由度车辆转向-侧倾运动模型的主动悬架LQG控制器在鱼钩、蛇形穿桩和双移线工况下，可使车辆侧倾运动安全综合性能指标分别降低38.00%、34.31%和40.66%，LTR的均方根值降低17.66%、18.04%和15.89%；仅控制LTR的LQG控制器会使侧倾角、侧倾角加速度和车辆侧倾运动安全综合性能指标异常变大；　　(2)与被动悬架比较，在直角转弯工况下，采用车辆侧倾运动安全性与平顺性协调控制策略的主动悬架系统的左、右侧轮胎动变形、左、右侧悬架动挠度、车身垂直加速度、侧倾角加速度、侧倾角和LTR的均方根值分别降低20%、20%、22.71%、44.35%、94.98%、62.46%、56.73%和16.07%。该控制策略通过对轮胎和悬架变形进行控制，达到较好的侧倾运动安全性和平顺性控制效果。基于三自由动力学模型的主动悬架LQG控制器忽略路面输入的影响，会对车辆侧倾状态做出过好的估计，导致基于侧倾运动安全性的主动悬架LQG控制器及驾驶员报警提示系统工作不及时。　　本文关于车辆侧倾运动安全性的主动悬架LQG控制器设计的研究成果，可为车辆侧倾运动安全性控制和主动悬架控制器设计提供参考。
作者：	蔡宇萌
专业：	车辆工程
导师：	陈士安
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文