【正文】 右后輪輪胎動(dòng)載荷響應(yīng)曲線 左后輪懸架動(dòng)擾度響應(yīng)曲線 左后輪輪胎動(dòng)載荷響應(yīng)曲線，采用最優(yōu)控制器的整車主動(dòng)懸架,相對(duì)于被動(dòng)懸架系統(tǒng)而言，車身加速度、懸架動(dòng)撓度和懸架動(dòng)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(dòng)懸架相比，采用LQG控制的主動(dòng)懸架有效地抑制了輪胎動(dòng)載荷變化。對(duì)比可知，采用LQG控制的主動(dòng)懸架將懸架動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)，可以計(jì)算得到系統(tǒng)是可觀、可控的。分別對(duì)其進(jìn)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(lì)輸入。利用隨機(jī)線性最優(yōu)控制理論，以懸架的三個(gè)性能指標(biāo)和能量控制為控制目標(biāo)建立了性能泛函，設(shè)計(jì)了主動(dòng)懸架的隨機(jī)線性最優(yōu)（LQG）控制器。變換得到： 此時(shí)為一個(gè)輸出調(diào)節(jié)器問題。主動(dòng)懸架最優(yōu)控制的目標(biāo)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(dòng)加速度、懸架的動(dòng)撓度、輪胎的動(dòng)變形和輪胎的動(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式換成約旦標(biāo)準(zhǔn)型，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jiǎn)稱系統(tǒng)是可控的。它從狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的測(cè)辨能力兩個(gè)方面，揭示了控制系統(tǒng)的內(nèi)在性能[34]。此時(shí)，線性二次型最優(yōu)控制問題為：當(dāng)系統(tǒng)受擾偏離原平衡狀態(tài)時(shí)，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(biāo)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(shí)現(xiàn)，考慮到此因素，對(duì)控制能量加以約束。最優(yōu)控制問題就是尋找一個(gè)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(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。在懸架建模部分，分別建立了基于被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架的四分之一車體二自由度動(dòng)力學(xué)模型和基于主動(dòng)懸架的整車七自由度主動(dòng)懸架的動(dòng)力學(xué)模型。 基于主動(dòng)懸架的整車七自由度建模在整車七自由度主動(dòng)懸架的建模過程中，為了簡(jiǎn)化研究對(duì)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?yàn)橄嚓P(guān)計(jì)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(dòng)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(dòng)懸架系統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)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(dòng)加速度，懸架動(dòng)撓度（），輪胎動(dòng)變形（），輪胎動(dòng)載荷為輸出量。從研究的角度考慮，本文對(duì)1/4車體2自由度模型和整車7自由度的整車模型進(jìn)行了研究[31]。汽車作為一個(gè)復(fù)雜的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，定量分析的關(guān)鍵在于建立理想的動(dòng)力學(xué)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(shí)間頻譜之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系： 當(dāng)W=2,通過以上分析，一般有兩種產(chǎn)生隨機(jī)路面不平度時(shí)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(jí)范圍之內(nèi)，且B，C兩種等級(jí)的路面所占的比重比較大,各級(jí)路面不平度系數(shù)的變化及其幾何平均值，分級(jí)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(jí)劃分表 路面不平度的統(tǒng)計(jì)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(gè)式中，求得，將帶入第二個(gè)式子中，則 可以看出，此時(shí)路面速度功率譜幅值在整個(gè)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(jì)算更為方便。對(duì)于連續(xù)型隨機(jī)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(shí)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(lì)，路面不平度主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計(jì)特性。所以在建立車輛系統(tǒng)的簡(jiǎn)化振動(dòng)模型時(shí)，一般僅需考慮集中在低頻區(qū)的來自不平路面的激勵(lì)。一般地，汽車懸架系統(tǒng)的振動(dòng)可分為低頻振動(dòng)和高頻振動(dòng)，低頻振動(dòng)主要是由路面不平度直接引起的車身垂直振動(dòng)。2)懸架系統(tǒng)簡(jiǎn)化為線性彈簧和阻尼系統(tǒng)。事實(shí)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(duì)稱阻尼特性及車輪的跳空現(xiàn)象等，但這些因素的介入會(huì)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(yùn)動(dòng)間的耦合作用時(shí)參考使用。第2章 主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的力學(xué)建模建立汽車懸架的力學(xué)模型是進(jìn)行性能分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 4）通過對(duì)主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而檢驗(yàn)主動(dòng)懸架最優(yōu)控制的控制效果。 2）主動(dòng)懸架這種最先進(jìn)的懸架技術(shù)，其關(guān)鍵就是主動(dòng)控制力發(fā)生器的控制實(shí)施，本次課題擬利用經(jīng)典控制理論的背景知識(shí)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(jiǎn)單系統(tǒng)，繼而運(yùn)用最優(yōu)控制理論來設(shè)計(jì)汽車主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)。（2）由于主動(dòng)懸架需要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分功率，因此如何減少系統(tǒng)的功率消耗，也是一個(gè)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(jì)車輛主動(dòng)懸架系統(tǒng)的動(dòng)力補(bǔ)償型控制器。江蘇理工大學(xué)的陳士安等人[25]通過建立汽車主動(dòng)懸架的四自由度力學(xué)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(dòng)懸架前后主動(dòng)力裝置伺服閥的電流，可為主動(dòng)懸架的數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。自校正控制是一種將受控對(duì)象參數(shù)在線識(shí)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(shí)際對(duì)象，減法器，調(diào)節(jié)器和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)組成。一般預(yù)測(cè)的距離是一定的，因此預(yù)測(cè)提前時(shí)間取決于車速 ，這樣必然具有時(shí)交性。目前 ，上海交通大學(xué)的傅志方等人所設(shè)計(jì)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(jì)和頻域整形讓汽車半主動(dòng)懸架的控制器設(shè)計(jì)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(dòng)懸架控制理論實(shí)質(zhì)上是經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論與汽車動(dòng)力學(xué)理論相結(jié)合的產(chǎn)物。2004年保時(shí)捷新車911就配備了全新的主動(dòng)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(duì)阻尼和剛度進(jìn)行三級(jí)調(diào)節(jié)的空氣懸架[9]。 隨著電子技術(shù)、 測(cè)控技術(shù)、 機(jī)械動(dòng)力學(xué)的快速發(fā)展, 使汽車懸架系統(tǒng)由傳統(tǒng)被動(dòng)隔振發(fā)展到振動(dòng)主動(dòng)控制。另外， 等人又提出了阻尼連續(xù)可調(diào)的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)[5]。其基本工作原理是根據(jù)簧上質(zhì)量相對(duì)車輪的速度響應(yīng)和加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，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(dòng)器的控制帶寬一般應(yīng)至少覆蓋車輛常見的振動(dòng)頻率0~15赫茲，有的作動(dòng)器響應(yīng)帶寬甚至高達(dá)100赫茲。在主動(dòng)懸架中，1個(gè)作動(dòng)器代替了傳統(tǒng)被動(dòng)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(dá)到最優(yōu)，但它需要傳感器、控制器、作動(dòng)器、伺服閥等，而且需要提供額外的能源，從而使得造價(jià)太高，阻礙了自身的應(yīng)用推廣。為了進(jìn)一步改善被動(dòng)懸架的減振效果,滿足現(xiàn)代汽車對(duì)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(qiáng)了通過優(yōu)化尋找最優(yōu)懸架參數(shù)和對(duì)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的研究，采用了帶有橫向穩(wěn)定桿的多連桿機(jī)構(gòu)懸架系統(tǒng)，在一定程度上改善了被動(dòng)懸架減振效果[1]。根據(jù)懸架控制力可分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)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(dòng)懸架控制系統(tǒng)的力學(xué)建模 1 1 1 1 1 1 1 1 基于主動(dòng)懸架的1/4車體二自由度模型 1 基于主動(dòng)懸架的整車七自由度建模 1 1第3章 隨機(jī)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(dòng)懸架仿真建模 1 1/4車體二自由度主動(dòng)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(xiàn) 1附錄1外文翻譯 錯(cuò)誤！未定義書簽。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)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(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)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(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(xué)位論文。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同，汽車懸架可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類。但被動(dòng)懸架因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)的信息處理和管理中心，它接受來自各個(gè)傳感器的信號(hào)，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(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而達(dá)到改變車身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、滿足隔振減振要求的目的。作動(dòng)器通常是一個(gè)氣動(dòng)或液動(dòng)油缸，它具有較寬的響應(yīng)頻帶，對(duì)車輪的高頻共振也可以進(jìn)行