基于精细积分的最优控制在汽车主动悬架中的应用

论文摘要

悬架系统性能的优劣直接影响汽车的乘坐舒适性和操纵安全性。传统被动悬架系统由于其参数固定只能被动地存储和吸收外界能量,不能主动适应车辆行驶状况和外界激励的变化,大大制约了车辆性能的进一步改善。主动悬架作为最先进的悬架系统,能根据实时工况,及时地调整阻尼或刚度,使悬架系统处于最优的减振状态。根据车辆的动力学理论,本文建立了四分之一车体的二自由度主动悬架系统的动力学模型,并考虑到路面扰动输入对悬架控制系统动态性能的重要影响,建立并分析了积分型白噪声路面不平度数学模型、脉冲激励模型及正弦激励模型。针对车辆悬架系统中状态和输入存在时滞的最优控制问题,结合科茨求积分和线性插值的精细积分法,将系统的状态方程引入到Hamilton体系下进行研究。依据最优滤波问题和带有时滞的观测器的双重准则,将时滞问题转换成非时滞问题,从而在全状态下对其方程进行精细积分求解,同时考虑车辆从空载到满载车身质量的变化及轮胎的刚度因其老化、内部气压的高低的变化对悬架系统性能的影响,最后在MATLAB环境下对带有时滞的四分之一车辆悬架模型进行数值仿真,并与经典的数值算法进行比较分析。仿真结果表明:该方法具有很高的计算精确度、效率和稳定性,且精度易于控制,并为车辆悬架系统的动力学分析提供了新的方法和手段,为精细积分算法的应用提供了新前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 悬架系统国内外研究的现状
• 1.1.1 半主动悬架的研究现状
• 1.1.2 主动悬架的研究现状
• 1.2 精细积分的研究现状
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 本文研究的内容
• 第2章 汽车悬架系统模型的建模
• 2.1 悬架系统舒适性及平顺性的评价方法
• 2.2 路面输入模型的建模
• 2.2.1 路面不平度的功率谱
• 2.2.2 积分型白噪声路面输入
• 2.3 线性悬架系统建模
• 2.3.1 1/4被动悬架系统的建模
• 2.3.2 1/4主动悬架系统的建模
• 2.4 时滞悬架系统的建模
• 2.4.1 状态带有时滞的悬架系统的建模
• 2.4.2 输入带有时滞的主动悬架系统的建模
• 2.5 本章小结
• 第3章 精细积分算法
• 3.1 Hamilton体系的变换
• 3.2 齐次微分方程与矩阵指数函数的精细积分
• 3.3 非齐次微分方程的精细积分算法
• 3.4 精细积分的精度分析
• 3.5 区段混合能及区段的合并消元
• 3.6 矩阵Riccati方程的精细积分
• 3.6.1 积分步长时段内的ZN类精细积分
• 3.6.2 逐步积分以及矩阵Riccati微分方程的求解
• 3.7 带有时滞微分方程的精细积分方法
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于精细积分的悬架最优控制系统的设计
• 4.1 最优控制系统
• 4.2 线性悬架控制系统
• 4.2.1 被动悬架的精细积分控制
• 4.2.2 基于精细积分的主动悬架最优控制
• 4.3 时滞悬架控制系统
• 4.3.1 状态带有时滞的悬架系统的精细积分控制
• 4.3.2 输入带有时滞的主动悬最优控制的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 悬架系统的仿真及分析
• 5.1 线性悬架系统
• 5.1.1 1/4被动悬架的仿真及分析
• 5.1.2 1/4主动悬架系统的仿真及分析
• 5.2 时滞悬架系统
• 5.2.1 状态带有时滞的悬架系统的仿真及分析
• 5.2.2 输入带有时滞的主动悬架系统的仿真及分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间发表的学术论文