用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106970524A(43)申请公布日2017.07.21(21)申请号201710034592.2(22)申请日2017.01.17(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人陈士安蔡宇萌王建苑磊孙文强(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法(57)摘要本发明公开了一种用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法，基于车辆三自由度转向-侧倾运动模型的状态方程，选取横向载荷转移率、侧倾角加速度和侧倾角构建车辆侧倾运动安全综合性能指标；为克服传统LQG控制器不能跟踪作为干扰量的前轮转向角，将前轮转向角进行满足最小相位系统的微分变形与原系统状态方程组成增广系统方程，并以新的状态变量改写车辆侧倾运动安全综合性能指标；在新的综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量，以满足LQG控制器设计条件；最后，针对新的状态方程和车辆侧倾运动安全综合性能指标，依据传统LQG控制器设计方法计算出车辆主动悬架的主动控制力。CN106970524ACN106970524A权利要求书1/2页1.用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，针对转向工况，对整车受力进行分析，求取车辆三自由度转向-侧倾运动系统状态方程；步骤2，综合考虑车辆行驶状态、车身姿态和驾驶员的影响，选取横向载荷转移率LTR、侧倾角加速度和侧倾角作为LQG控制器侧倾安全评价指标，建立侧倾安全综合性能指标，基于步骤1提出的状态方程，求取侧倾安全综合性能指标二次型标准形式；步骤3，为克服传统LQG控制器不能跟踪作为干扰量的前轮转向角，将前轮转向角进行满足最小相位系统的微分变形与步骤1中的系统状态方程组成增广系统方程，获得新的综合性能评价指标；步骤4，在步骤三中新的综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量，以满足LQG控制器设计条件；步骤5，针对新的状态方程和车辆侧倾运动安全综合性能指标，依据传统LQG控制器设计方法计算出车辆主动悬架的主动控制力。2.根据权利要求1所述的用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法，其特征在于：所述步骤1具体过程为：步骤1.1，车辆转向-侧倾运动动力学模型求取：依据牛顿力学，分析整车在横轴线、横摆轴线和侧倾轴线上的受力，建立三自由度汽车转向-侧倾运动动力学模型；步骤1.2，转向-侧倾运动系统的状态方程建立：选择侧倾角θ、车身侧偏角β、侧倾角速度和横摆角速度组成转向-侧倾运动系统状态向量X，标记为并且选择前轮转向角δv作为干扰向量W，标记为W＝[δv]，左、右悬架主动控制力FAL和FAR为控制向量U，标记为建立转向-侧倾运动系统的状态方程其中A是系统状态向量矩阵；B是系统控制向量矩阵；G是系统干扰向量矩阵。3.根据权利要求1所述的用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法，其特征在于：所述步骤2具体过程为：步骤2.1，侧倾安全综合性能指标的建立：选取侧倾角加速度横向载荷转移率LTR和侧倾角θ作为侧倾控制评价指标，建立侧倾安全综合性能指标其中：T是总工作时间；t是时间变量；δ1、δ2和δ3分别是侧倾角加速度横向载荷转移率LTR和侧倾角θ的加权系数，δ1可默认为1；步骤2.2，转向-侧倾运动系统输出方程的建立：选取侧倾角加速度横向载荷转移率LTR和侧倾角θ组成系统输出状态向量Y，标记为依据步骤1.2中的X、U和W矩阵，建立系统输出方程Y＝CX+DU+EW，其中C是系统输出状态向量矩阵；D是系统输出控制向量矩阵；E是系统输出干扰向量矩阵；步骤2.3，侧倾安全综合性能指标二次型标准形式的求取：将步骤2.1中的侧倾安全综合性能指标写为二次型标准形式其中Q是状态向量加权矩阵；R是控制向量加权矩阵；N是状态向量与控制向量交叉加权矩阵；P是干扰向量加权矩阵；L是状态向量与干扰向量交叉加权矩阵；M是干扰向量与控制向量交叉加权矩阵，进2CN106970524A权利要求书2/2页一步建立加权系数矩阵联合步骤2.2提出的转向-侧倾运动系统输出方程，可以求得二次型标准形式中的Q、R、N、P、L和M矩阵。4.根据权利要求1所述的用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法，其特征在于：所述步骤3具体过程为：首先，为克服传统LQG控制器不能跟踪作为干扰量的前轮转向角δV，将前轮转向角δV进行满足最小相位系统的微分变形然后，将微分变形后的前轮转向角与步骤1.2提出的车辆三自由度转向-侧倾运动系统状态方程组成增广