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原文传递基于LQR控制的整车混合电磁主动悬架切换控制研究

论文题名：	基于LQR控制的整车混合电磁主动悬架切换控制研究
关键词：	汽车混合电磁主动悬架;切换控制策略;线性二次型调节器;平顺性;姿态控制
摘要：	近年来，人们越来越依赖于汽车作为出行工具，因此对其舒适性和安全性要求越来越高，被动悬架系统由于其阻尼刚度不可调，无法适应多变路况，逐渐被半主动悬架以及主动悬架所替代。主动悬架利用作动器产生的作动力来代替被动悬架的弹簧力及阻尼力，其最大优势在于可以随着车辆运动状态以及外界激励的变化实时提供所需要的理想阻尼力，因而对车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性改善效果更好。其中，具有优越可控性的电磁悬架系统得到了学者们的广泛研究。而当前关于电磁主动悬架的研究主要聚焦于垂向动力学控制，忽略了车辆行驶过程中急加速/减速或者高速转向等工况下车身姿态变化所导致的车辆动力学性能恶化。　　为解决上述问题，本文设计了基于LQR控制的整车混合电磁主动悬架切换控制策略，依据不同行驶工况下的车辆性能需求划分主动悬架控制目标，利用改进层次分析法优化不同行驶工况下的控制参数。本文的主要研究内容包括：　　首先，建立了Carsim整车仿真模型，同时基于轮距特性构建了四轮随机路面以及凸块路面激励模型，为后续控制器设计以及动力学性能仿真分析奠定了基础。　　其次，设计了基于LQR控制的整车混合电磁主动悬架切换控制方法，根据内外双环架构控制理论设计了混合电磁主动悬架切换控制方法，依据不同工况及其性能需求划分外环控制模式，采用改进层次分析法确定了性能指标中的权重系数，优化了不同工况控制参数，基于矢量变换方法，建立永磁同步直线电机数学模型，设计了内环直线电机电流滞环比较控制算法。　　最后，验证了整车切换控制策略的有效性。利用Carsim与Matlab/Simulink进行联合仿真，分别分析了切换控制策略在匀速直线运动工况、减速带工况、紧急制动工况、单边凸块路面工况以及鱼钩工况下的控制效果，并搭建了硬件在环试验平台，通过与仿真结果对比验证了切换控制系统的有效性及可行性。　　仿真结果表明，本文所设计的基于LQR控制的整车混合电磁主动悬架系统切换控制方法对于车辆在紧急以及非紧急工况下行驶过程中的平顺性以及车身姿态控制均有较大的改善效果。在D级路面下，相比于被动悬架，采用切换控制策略的车辆车身垂向加速度改善了13.56%、俯仰角加速度改善了16.26%、侧倾角加速度改善了17.39%、俯仰角改善了11.40%、侧倾角改善了9.37%，悬架动行程最大值以及轮胎动载荷有小幅度恶化，但处于合理范围；在紧急制动工况下，车身垂向加速度峰值优化了15.78%、垂向位移峰值优化了12.53%、俯仰角加速度峰值优化了8.27%、俯仰角峰值优化了7.35%；在鱼钩工况下，车身垂向位移以及侧倾角的峰值均有大幅度改善，侧倾角的超调量也明显减小。以上仿真结果均证明了本文所设计的切换控制策略的有效性，且硬件在环试验结果与仿真结果基本一致，验证了切换控制策略的可行性。
作者：	许春妞
专业：	交通运输工程
导师：	吴麟麟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021