基于遗传算法的车辆4自由度主动悬架最优控制研究

文章首先建立车辆4自由度主动悬架系统模型,然后针对悬架系统的控制问题,基于结合遗传算法和最优控制理论,提出悬架系统的最优控制策略。该控制方法利用遗传算法对LQR控制器的加权矩阵Q和R参数进行自适应调整优化,不仅可以避免传统的主动悬架LQR最优控制器设计中存在人为主观因素的问题,还能实现悬架系统的自适应最优控制。仿真实验结果表明,在不同车速和路面等级的行驶工况条件下,相比于传统的LQR控制方法,基于遗传算法优化的LQR控制能提高主动悬架系统的控制性能,使车辆获得更优的乘坐舒适性和操纵稳定性,研究结果为探寻有效的主动悬架控制策略、改善车辆的行驶性能提供了有用的控制方法参考。     

基于微分几何法的主动悬架鲁棒H∞控制

利用微分几何法和鲁棒H_○∞控制理论,提出一种基于微分几何法的主动座椅悬架和车辆主动悬架的鲁棒H_○∞控制策略.在建立“车－ 椅”车辆三自由度模型的基础上,考虑座椅悬架和车辆悬架弹性力和阻尼力的非线性特性,应用微分几何法并经过非线性状态反馈变换的方法,对主动悬架非线性系统进行精确线性化.然后以底盘垂向加速度和座椅垂向加速度为控制目标,以车轮动态位移、车辆悬架挠度范围小于规定值为约束条件,设计出了座椅悬架和车辆悬架鲁棒H_○∞控制器, 并用Matlab/Simulink进行仿真实验验证了集成变增益LQR控制方法的有效性和可行性.     

基于微分几何法的半主动油气悬架LQR控制

为了对某工程车辆半主动悬架的油气弹簧进行有效控制,分析了油气弹簧弹性力和阻尼力的非线性特性,建立了车辆半主动油气悬架非线性动力学模型.提出了应用微分几何理论并经过非线性状态反馈变换的方法,对半主动悬架非线性系统进行精确线性化,利用线性二次型调节器实现了非线性状态反馈最优控制,并用Matlab/Simulink编程进行仿真实验.仿真得出半主动油气悬架与被动油气悬架相比,显著地提高了车辆的平顺性.研究结果表明此方法可为车辆悬架控制的研究提供参考.     

主动油气悬架反馈线性化及PID控制

从油气弹簧建模与试验验证出发,建立了特种车辆主动油气悬架的非线性模型.为满足特种车辆的工况要求,应用微分几何理论,通过微分同胚变换与非线性状态反馈将原非线性系统进行全局精确线性化,并对其设计线性PID控制算法.仿真结果表明,该非线性系统的控制策略具有算法设计简单、控制效果良好等特点.     

9自由度主动悬架平顺性研究

基于汽车系统动力学理论,利用拉格朗日定理,推导设备-车-路耦合的9自由度主动悬架动力学方程,采用滤波白噪音作为左右车轮随机路面不平度激励,根据最优控制原理设计LQR控制器,建立主动悬架控制仿真模型.采用自适应粒子群算法优化加权系数Q,将主动悬架的设备加速度等性能参数均方根值与被动悬架进行对比分析.仿真结果表明:采用自适应粒子群算法优化LQR控制方法,能够显著改善车辆平顺性,保护车载设备可靠性.      

基于蛇算法的主动悬架线性二次型调节器优化设计

针对车辆主动悬架系统的线性二次型调节器(LQR控制器)在设定权重系数矩阵Q和R时具有主观性、效率低的缺点,提出一种基于蛇算法(SO)优化LQR控制器权重系数矩阵的策略。通过对1/4车辆主动悬架系统的动力学分析,设计了LQR控制器;将主动悬架与被动悬架各性能指标的积分比值进行加权求和构建了目标函数L;模仿蛇群生活习性的SO算法在搜索空间中求解出了函数L的最小值和LQR控制器的最优权重系数矩阵。为验证该策略的有效性,分别以C级路面、正弦冲击路面为激励,在车身加速度(SMA)、轮胎动载荷(DTL)、悬架动行程(SWS)三方面将SO优化LQR控制的主动悬架与被动悬架、传统LQR控制的主动悬架、遗传算法(GA)优化LQR控制的主动悬架、粒子群算法(PSO)优化LQR控制的主动悬架进行了仿真对比。结果表明:SO优化LQR控制的主动悬架可在C级路面上分别对SMA、DTL、SWS的均方根优化达59.47%、37.89%、42.12%;在正弦冲击路面上稳定时间为1.4s,分别对SMA、DTL、SWS的超调优化达79.21%、59.22%、16.33%,提升了车辆的行驶平顺性、路面附着性和操作安全性。     

半主动油气悬架精确线性化自适应LQG控制

针对油气悬架的非线性特性,建立了矿用汽车1/4车辆半主动油气悬架动力学模型.利用微分几何原理,实现了非线性模型精确线性化;为克服动态系统的不确定性,采用了自适应LQG控制策略.根据矿山路面的实际要求,采用了层次分析法确定LQG控制器各性能指标的加权系数.仿真结果表明层次分析法易于加权系数的合理选择;半主动油气悬架自适应LQG控制能够有效降低车身振动,较被动油气悬架显著提高了平顺性和操稳性,有效地提高了在矿山路面的行驶安全性.     

车辆悬架LQR控制器权值优化方法

线性二次型最优控制(LQR)算法是汽车主动悬架控制策略的一种重要方法,其控制性能取决于悬架系统变量的加权系数。权值系数的选取成为LQR控制器设计的难点。针对权值系数没有固定解析方法而无法保证悬架系统达到最优控制性能的问题。提出一种基于遗传算法的权值系数优化方法,以1/4主动悬架的车身垂向加速度、悬架动挠度和轮胎动位移性能指标作为目标函数对LQR控制器的权值系数矩阵进行优化设计。仿真结果表明,与被动悬架控制相比,方法不仅能提高LQR控制器设计效率,而且可以有效提高车辆行驶的平顺性。     

减速带路面工况下线性和非线性模型悬架的最优阻尼比

为研究减速带路面工况下悬架最优阻尼比,搭建了二自由度汽车悬架线性及非线性模型,并采用Matlab/Simulink软件建立正弦截面减速带路面时域模型以通过仿真验证路面模型准确性。在此基础上,根据ISO标准中频率加权系数设计频率加权滤波网格;探讨脉冲输入下悬架线性模型的局限性,提出考虑车轮离地、撞击限位块场景下的二自由度悬架非线性模型;最后采用振动剂量值VDV和轮荷冲击系数k作为减速带路面工况下平顺性评价指标,仿真比较线性和非线性模型在考虑车轮离地、不同悬架限位块刚度以及不同行驶速度情况下的悬架最优阻尼比。研究表明仅考虑车轮离地非线性情况不会影响最优阻尼比,考虑撞击限位块时,不同限位块刚度以及不同车速均影响最优阻尼比. 该项研究结果为车辆悬架阻尼优化及控制提供了依据。     

车辆悬架系统LQG控制器的仿真研究

根据已建立的1/2车体动力学模型和单轨路面输入模型,设计车辆主动悬架的线性二次型高斯(LQG)最优控制器,利用MATLAB/SIMULINK软件构建路面输入仿真模型和1/2车体仿真模型.结果分析证实,具有LQG控制器的主动悬架可以改善车辆的运行性能.     

基于滑模控制的空气悬架车高控制系统研究

以提高空气悬架车高控制精度为目的,充分考虑空气悬架系统充放气过程的非线性特性,建立了气体管路流量特性方程,并结合变质量气体热力学定律,建立电磁阀开启和关闭时的空气弹簧充放气压力梯度方程,实现空气弹簧充放气过程的非线性特性数学描述,并进一步完成空气悬架车高升降的1/4车模型. 针对充放气过程的非线性特性,基于微分几何理论,将车高升降模型通过状态反馈进行全局线性化,在线性域中设计滑模控制器,进而经过线性逆变换,得到原坐标系中的非线性车高控制算法. 仿真试验表明,基于状态反馈线性化方法设计的滑模控制器,能够有效克服充放气过程的非线性特性,消除过充过放现象,显著提高车高控制品质和精度.      

基于路面识别的车辆半主动悬架控制

以实现悬架自适应半主动控制为目的,基于多目标优化算法及路面识别,针对车辆平顺性与操纵稳定性进行研究.首先建立1/4车辆等效天棚控制模型,并根据系统动力学关系推导车辆簧载质量加速度及轮胎动载荷的解析解表达式,然后利用基于遗传算法的多目标优化算法求取Pareto最优解集.依据路面识别得到的路面等级分配控制权重,以获得不同路面对应的控制增益.仿真结果显示,基于路面识别的半主动悬架自适应控制系统能够通过调节权重获得不同路面行驶条件下平顺性与操纵稳定性之间的平衡.     

基于遗传算法的汽车主动悬架LQG控制器的设计

采用合适种群规模遗传算法,寻求在一定范围内满足车身垂向加速度、轮胎垂向变形量、悬架动挠度均方根值相对于被动悬架都降低的最优加权系数,设计了基于遗传算法的汽车主动悬架线性LQG控制器。Matlab/Simulink仿真实验表明:采用合适种群规模遗传算法选取最优加权系数的用时数只需常规编程的1.17%;采用最优加权系数的LQG控制器的汽车主动悬架,可以在不影响汽车操纵稳定性和悬架行程的前提下,很好地提高汽车的行驶平顺性。     

基于LQR的四轮转向汽车控制方法

用选定的加权系数将轮胎较大侧偏刚度和轮胎较小侧偏刚度的车辆状态方程关联起来,并应用了线性二次型最优控制理论(LQR)设计了综合考虑轮胎非线性特征的四轮转向线性二次型最优综合控制算法;用Matlab/Simulink和Carsim建立了联合仿真模型对所设计的控制算法的控制效果进行了验证. 仿真结果表明:在低附着系数路面进行车道变换行驶时,基于定轮胎侧偏刚度LQR线性控制的四轮转向汽车与前轮转向汽车相比具有更加优越的操控性能;基于非线性轮胎侧偏刚度LQR权系数控制的四轮转向汽车比定轮胎侧偏刚度LQR线性控制的四轮转向汽车要有较好的操控性能.      

基于遗传算法的带附加气室空气悬架多目标优化

以带附加气室的空气弹簧悬架为研究对象,按照物理模型建立带附加气室空气弹簧的数学模型,考虑到空气弹簧刚度的非线性,将该模型以空气弹簧非线性力的形式直接引入到1/4车辆模型。以提高车辆平顺性、行驶安全性及操纵稳定性的综合性能为目标,以附加气室容积为优化变量,设计带附加气室空气悬架的多目标优化模型;考虑到悬架性能各指标量在量纲与量级上的差异,对各指标量进行统一化处理,并采用线性加权和法将多目标函数转化为单目标评价函数。在MAT-LAB/Simulink中搭建系统仿真模型,采用遗传优化算法对典型工况下的最优附加气室容积进行寻优。优化结果表明,优化附加气室容积能有效提高悬架的综合性能,降低车身加速度、悬架动行程,但轮胎动载荷有所增加。     

车辆主动悬架二次型最优控制器权矩阵参数优化

在使用线性二次型调节器(LQR)的车辆主动悬架控制器中加权矩阵Q和R的取值经常依靠先验知识选取。粒子群算法具有良好的快速寻优能力,可以对权矩阵参数进行优化。针对目前算法存在的缺点通过在更新的过程中动态调整惯性权重以更好的平衡全局和局部搜索能力,同时在迭代后期加入禁忌搜索避免陷入局部最优解。在matlab中建立1/4二自由度主动悬架仿真模型,对振动控制性能仿真分析结果表明,采用改进粒子群优化LQR与传统LQR方法相比能够很大程度上减少路面变化对车身的冲击,乘坐舒适性和可操纵性得到明显提升。     

基于多目标遗传算法的主动悬架滑模控制器设计

为提高车辆的乘坐舒适性和行驶稳定性,针对主动悬架的车身垂直加速度、悬架动行程和轮胎动载荷性能冲突,以及考虑参数不确定与外界干扰带来的鲁棒性问题,本文拟采用滑模控制方法对汽车非线性主动悬架进行主动减振控制研究,并结合多目标遗传算法对滑模控制器进行多目标参数优化.首先,根据1/4车辆主动悬架系统模型利用Lyapunov稳定性理论进行滑模控制器设计;其次,基于滑模控制到达条件和滑模面的稳定条件,结合Hurwitz稳定判据选择合适的滑模面参数;然后,为改进滑模控制方法中按经验选取参数时的不足,采用多目标遗传算法对滑模控制器参数进行多目标优化;最后,进行数值仿真模拟.仿真结果表明,采用多目标遗传算法对滑模控制器进行参数优化后显著地改善了汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性,对汽车非线性主动悬架的减振控制起到了一定的推动作用.     

基于天棚模型和扰动观测器的主动悬架滑模控制研究

以非线性二自由度主动悬架系统为研究对象,将天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法相结合,提出了基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法,并证明了系统的一致有界和一致最终有界。天棚模型中的簧载质量位移和速度给主动悬架系统中的簧载质量位移和速度提供参考轨迹;扰动观测器用于估计由悬架系统中悬架弹簧力、减振器阻尼力和作用在簧载质量上的外界干扰引起的簧载质量的扰动量。文中还在阶跃路面激励和随机路面激励下,根据主动悬架系统实验结果,验证了提出的控制算法的可行性;并在阶跃路面激励下,基于非线性二自由度主动悬架模型,计算了线性二次型最优控制(LQR)、具有扰动观测器的滑模控制(DOSMC)和基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制(RMDOSMC)下主动悬架系统中簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的性能指标。与LQR和DOSMC控制相比,采用RMDOSMC控制时,主动悬架系统可以获得更优的性能指标。     

汽车空气悬架非线性垂向动力学行为研究

文章为了研究汽车空气弹簧悬架在不同初始条件和系统参数改变情况下的变化规律,利用空气弹簧有限元模型拟合出其受力曲线,将非线性动力学与车辆悬架动力学、有限元软件的使用和非线性理论分析结合起来,分析了单频正弦激励下,汽车空气弹簧悬架的四自由度半车模型的非线性行为,研究了系统中出现的分岔及混沌现象;结果表明激励幅值对非线性系统响应的影响较小,在小阻尼的情况下易产生混沌现象。     

基于新型减振支柱的半主动悬架特性研究

为了解决传统半主动悬架减振器有限的阻尼调节范围很难满足所有控制策略要求的问题,提出了刚度和阻尼偶联可调的一体式悬架减振支柱结构。介绍了该减振支柱的结构组成、阻尼和刚度的调节原理与耦合关系,分析了新型减振支柱的非线性刚度和阻尼特性。建立了采用新型减振支柱的二自由度半主动悬架系统模型,运用MATLAB/SIMULINK对半主动悬架模型进行仿真计算。根据仿真结果得到了路面条件、车速、悬架阻尼和空气弹簧初始气压对半主动悬架性能的影响规律。仿真结果显示:在三种典型路面和车速工况下,当减振器的阻尼状态为"高"、空气弹簧的初始气压为0.4 MPa时,半主动悬架的车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程分别比原车被动悬架至少降低6%、10%和18%。表明采用新型减振支柱的半主动悬架可以根据车辆行驶工况,对减振支柱的刚度特性和阻尼特性进行匹配,实现降低车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程的目标,从而改善车辆行驶平顺性、行驶安全性以及机动性。