【正文】 右后輪輪胎動載荷響應(yīng)曲線 左后輪懸架動擾度響應(yīng)曲線 左后輪輪胎動載荷響應(yīng)曲線，采用最優(yōu)控制器的整車主動懸架,相對于被動懸架系統(tǒng)而言，車身加速度、懸架動撓度和懸架動載荷均有明顯的改善。E為系統(tǒng)閉環(huán)特征根。顯然，與被動懸架相比，采用LQG控制的主動懸架有效地抑制了輪胎動載荷變化。對比可知，采用LQG控制的主動懸架將懸架動撓度控制在了可用懸架區(qū)間內(nèi)，未發(fā)生撞擊限位塊的情況，而被動懸架卻在某些路段超過了可用懸架區(qū)間，降低了汽車的行駛平順性。 1/4車體主動懸架仿真框圖，由圖可知，力的范圍一般控制在200N之內(nèi)。S為Riccati方程的解。輸出矩陣C，傳遞矩陣D分別為：利用第三章的知識，可以計算得到系統(tǒng)是可觀、可控的。分別對其進行仿真建模，并得到仿真結(jié)果，： 濾波白噪聲simulink框圖 濾波白噪聲路面輸入模型 積分白噪聲simulink框圖 積分白噪聲路面輸入模型本次課題擬采用濾波高斯白噪聲路面激勵輸入。利用隨機線性最優(yōu)控制理論，以懸架的三個性能指標和能量控制為控制目標建立了性能泛函，設(shè)計了主動懸架的隨機線性最優(yōu)（LQG）控制器。變換得到： 此時為一個輸出調(diào)節(jié)器問題。主動懸架最優(yōu)控制的目標就是使車輛獲得良好的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，反應(yīng)在物理量上就是降低車身的振動加速度、懸架的動撓度、輪胎的動變形和輪胎的動載荷。同樣，定常系統(tǒng)可觀性的判別也有兩種方式，一種是對系統(tǒng)進行坐標變換，將系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式換成約旦標準型，然后根據(jù)標準型下的 C 陣，判別其可觀性，另一種方式是直接根據(jù)狀態(tài)方程的系統(tǒng)矩陣 A 和輸出矩陣 B 進行判別。若系統(tǒng)的所有狀態(tài)都是可控的，則稱此系統(tǒng)是狀態(tài)完全可控的，簡稱系統(tǒng)是可控的。它從狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的測辨能力兩個方面，揭示了控制系統(tǒng)的內(nèi)在性能[34]。此時，線性二次型最優(yōu)控制問題為：當系統(tǒng)受擾偏離原平衡狀態(tài)時，要求產(chǎn)生一控制向量，使系統(tǒng)狀態(tài)恢復(fù)到原平衡狀態(tài)附近，并使性能指標極小。由于假設(shè)控制向量不受約束，趨于極小有可能導(dǎo)致極大，這在工程上意味著控制能量過大以至于無法實現(xiàn)，考慮到此因素，對控制能量加以約束。最優(yōu)控制問題就是尋找一個控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制方案或最優(yōu)控制規(guī)律，使系統(tǒng)能最優(yōu)地達到預(yù)期的目標。在懸架建模部分，分別建立了基于被動懸架、主動懸架的四分之一車體二自由度動力學模型和基于主動懸架的整車七自由度主動懸架的動力學模型。 基于主動懸架的整車七自由度建模在整車七自由度主動懸架的建模過程中，為了簡化研究對象，增加約束條件，本文假設(shè)俯仰角和側(cè)傾角比較?。ú淮笥?度），因為相關(guān)計算采取近似處理。根據(jù)本次課題的研究目的，選取方程的狀態(tài)變量。 基于被動懸架的二自由度模型二自由度模型的參數(shù)定義：簧載質(zhì)量 非簧載質(zhì)量懸架彈簧剛度 懸架阻尼剛度車身位移 車輪位移路面位移 輪胎等效剛度建立被動懸架系統(tǒng)的車輛動力學模型：根據(jù)牛頓定律： 根據(jù)本文的研究目的，選取，為狀態(tài)變量，即：再者，根據(jù)研究目的，本文選取車身振動加速度，懸架動撓度（），輪胎動變形（），輪胎動載荷為輸出量。從研究的角度考慮，本文對1/4車體2自由度模型和整車7自由度的整車模型進行了研究[31]。汽車作為一個復(fù)雜的多自由度振動系統(tǒng)，定量分析的關(guān)鍵在于建立理想的動力學模型。設(shè)車速為v，則二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：由 f = v*n，可知空間頻譜與時間頻譜之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系： 當W=2,通過以上分析，一般有兩種產(chǎn)生隨機路面不平度時間輪廓的方法，即由一高斯白噪聲通過積分器產(chǎn)生或由一高斯白噪聲通過濾波器產(chǎn)生。我國公路路面功率譜基本在A，B，C，D等4級范圍之內(nèi)，且B，C兩種等級的路面所占的比重比較大,各級路面不平度系數(shù)的變化及其幾何平均值，分級路面譜的頻率指數(shù)W = 2，如下表所示：路面功率譜密度等級劃分表 路面不平度的統(tǒng)計特性還可以用路面速度功率譜和加速度功率譜描述，它們與位移功率譜的關(guān)系如下： 將 W = 2代入第一個式中，求得，將帶入第二個式子中，則 可以看出，此時路面速度功率譜幅值在整個頻率范圍內(nèi)為一常數(shù)，即為一白噪聲，僅與不平度系數(shù)有關(guān)，所以用路面速度功率譜來分析計算更為方便。對于連續(xù)型隨機路面，一般采用空間頻率功率譜密度函數(shù)以及相應(yīng)的時域表示形式加以描述[28]。 在懸架模型的基礎(chǔ)上，一般采用路面的垂直速度作為路面輸入激勵，路面不平度主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計特性。所以在建立車輛系統(tǒng)的簡化振動模型時，一般僅需考慮集中在低頻區(qū)的來自不平路面的激勵。一般地，汽車懸架系統(tǒng)的振動可分為低頻振動和高頻振動，低頻振動主要是由路面不平度直接引起的車身垂直振動。2)懸架系統(tǒng)簡化為線性彈簧和阻尼系統(tǒng)。事實上，汽車響應(yīng)的完整描述還需要包括系統(tǒng)的非線性特性，如輪胎的非線性剛度和阻尼特性，彈簧的非線性、減振器的不對稱阻尼特性及車輪的跳空現(xiàn)象等，但這些因素的介入會大大增加了系統(tǒng)研究的復(fù)雜程度，使問題求解復(fù)雜化。后兩種在需要考慮車身各運動間的耦合作用時參考使用。第2章 主動懸架控制系統(tǒng)的力學建模建立汽車懸架的力學模型是進行性能分析和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。 4）通過對主動懸架和被動懸架的仿真結(jié)果進行對比分析，從而檢驗主動懸架最優(yōu)控制的控制效果。 2）主動懸架這種最先進的懸架技術(shù)，其關(guān)鍵就是主動控制力發(fā)生器的控制實施，本次課題擬利用經(jīng)典控制理論的背景知識并結(jié)合現(xiàn)代控制理論在智能控制方面的理論成就，并設(shè)定汽車懸架系統(tǒng)是線性的簡單系統(tǒng)，繼而運用最優(yōu)控制理論來設(shè)計汽車主動懸架控制系統(tǒng)。（2）由于主動懸架需要消耗發(fā)動機的一部分功率，因此如何減少系統(tǒng)的功率消耗，也是一個值得研究的問題。還可以應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計車輛主動懸架系統(tǒng)的動力補償型控制器。江蘇理工大學的陳士安等人[25]通過建立汽車主動懸架的四自由度力學模型以及相應(yīng)的模糊控制系統(tǒng)，根據(jù)模型的輸出量，模糊控制系統(tǒng)能夠較合理地分配輸入主動懸架前后主動力裝置伺服閥的電流，可為主動懸架的數(shù)值模擬、實驗研究以及產(chǎn)品設(shè)計提供參考。自校正控制是一種將受控對象參數(shù)在線識別與控制器參數(shù)整定相結(jié)合的控制方法。前者由參考模型，實際對象，減法器，調(diào)節(jié)器和自適應(yīng)機構(gòu)組成。一般預(yù)測的距離是一定的，因此預(yù)測提前時間取決于車速 ，這樣必然具有時交性。目前 ，上海交通大學的傅志方等人所設(shè)計的雙線性系統(tǒng)控制器就是采用了H∞方法，通過抗干擾設(shè)計和頻域整形讓汽車半主動懸架的控制器設(shè)計又有了新途徑。應(yīng)用于懸架控制的最優(yōu)控制方法主要有線性最優(yōu)控制、H∞最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)見控制等三種。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展與滲透，自適應(yīng)控制理論，模糊控制，H∞控制理論，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等也越來越顯示出它的優(yōu)越性。主動懸架控制理論實質(zhì)上是經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論與汽車動力學理論相結(jié)合的產(chǎn)物。2004年保時捷新車911就配備了全新的主動懸架系統(tǒng)[12]。豐田汽車公司1986年的Soarer車型采用了能分別對阻尼和剛度進行三級調(diào)節(jié)的空氣懸架[9]。 隨著電子技術(shù)、 測控技術(shù)、 機械動力學的快速發(fā)展, 使汽車懸架系統(tǒng)由傳統(tǒng)被動隔振發(fā)展到振動主動控制。另外， 等人又提出了阻尼連續(xù)可調(diào)的半主動懸架系統(tǒng)[5]。其基本工作原理是根據(jù)簧上質(zhì)量相對車輪的速度響應(yīng)和加速度響應(yīng)等反饋信號，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)可調(diào)彈簧的剛度或可調(diào)減振器的阻尼力。作動器的控制帶寬一般應(yīng)至少覆蓋車輛常見的振動頻率0~15赫茲，有的作動器響應(yīng)帶寬甚至高達100赫茲。在主動懸架中，1個作動器代替了傳統(tǒng)被動懸架中的相應(yīng)部分它產(chǎn)生的作用力是車輛狀態(tài)變量的函數(shù)，能夠根據(jù)行駛環(huán)境使懸架性能達到最優(yōu)，但它需要傳感器、控制器、作動器、伺服閥等，而且需要提供額外的能源，從而使得造價太高，阻礙了自身的應(yīng)用推廣。為了進一步改善被動懸架的減振效果,滿足現(xiàn)代汽車對懸架提出的更高的性能要求，在桑塔納、夏利和賽歐等轎車上加強了通過優(yōu)化尋找最優(yōu)懸架參數(shù)和對懸架導(dǎo)向機構(gòu)的研究，采用了帶有橫向穩(wěn)定桿的多連桿機構(gòu)懸架系統(tǒng)，在一定程度上改善了被動懸架減振效果[1]。根據(jù)懸架控制力可分為被動懸架、主動懸架和半主動懸架。涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。北京交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 第2頁目 錄第1章 緒論 1 1 1 1 1 課題研究背景 1 主動懸架系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀 1 1 1 自適應(yīng)控制 1 模糊控制 1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 1 1 1 1第2章 主動懸架控制系統(tǒng)的力學建模 1 1 1 1 1 1 1 1 基于主動懸架的1/4車體二自由度模型 1 基于主動懸架的整車七自由度建模 1 1第3章 隨機線性二次型最優(yōu)控制器 1 1 可觀性分析 1 1 1 1 1第4章 仿真與分析 1 1 1/4車體二自由度被動懸架仿真建模 1 1/4車體二自由度主動懸架建模與仿真 1 1 1第5章 總結(jié) 1 全文總結(jié) 1 研究不足及展望 1致 謝 1參考文獻 1附錄1外文翻譯 錯誤！未定義書簽。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。根據(jù)導(dǎo)向機構(gòu)不同，汽車懸架可分為獨立懸架和非獨立懸架兩大類。但被動懸架因結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計容易和制造方便，且無須額外的能量輸入，目前在中低檔轎車上應(yīng)用最為廣泛。其中控制器是整個系統(tǒng)的信息處理和管理中心，它接受來自各個傳感器的信號，依據(jù)特定的數(shù)據(jù)處理方法和控制規(guī)律，決定并控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而達到改變車身的運動狀態(tài)、滿足隔振減振要求的目的。作動器通常是一個氣動或液動油缸，它具有較寬的響應(yīng)頻帶，對車輪的高頻共振也可以進行