行驶动力学建模、仿真及主动悬架控制器设计.doc

《行驶动力学建模、仿真及主动悬架控制器设计》 在汽车工程领域，行驶动力学建模、仿真以及主动悬架控制器设计是至关重要的环节，它们直接影响到车辆的性能和驾驶者的舒适度。本文主要围绕这三个方面进行深入探讨。 计算机仿真系统模型的建立是整个研究的基础。以单轮车辆模型为例，通过牛顿运动定律，我们可以建立车辆的运动方程，如式（4）和式（5）所示，它们描述了车辆在垂直方向上的动态响应。其中，路面输入模型采用了滤波白噪声（式6），考虑到实际道路的不平度对车辆行驶的影响。将这些方程组合成矩阵形式的系统空间状态方程（式7），便于后续的仿真分析。 LOG（Linear-Quadratic-Gaussian）控制器设计是控制策略的核心。在车辆悬架设计中，关键性能指标包括轮胎动载荷、车身垂向振动加速度和悬架动行程。LQG控制器的目标就是最小化这些指标的加权平方和在时间上的积分，公式（8）给出了具体的性能指标函数。这样的设计可以优化轮胎接触地面的性能，提高舒适性，并有效管理悬架的运动范围。 接下来，文章详细阐述了两种控制策略：随机线性最优控制（LQ）和预瞄控制（ Preview Control）。LQ控制是一种基于线性二次最优理论的方法，它寻找最小化预期性能指标的控制输入。预瞄控制则考虑了未来一段时间内的系统状态预测，可以提前调整控制策略，以更有效地应对预期的路面不平度。 在MATLAB环境下，进行了半车模型的建模与仿真。仿真过程涵盖了LQ和预瞄控制策略的实施，对比了两种方法下的车辆行驶性能，如轮胎动位移、悬架行程和车身振动加速度的变化，以评估其效果。 行驶动力学建模与仿真技术是提升车辆行驶品质的关键工具，而主动悬架控制器的设计则是实现这一目标的重要手段。通过对单轮车辆模型的计算机模拟，以及运用LQG控制理论进行控制器设计，可以显著改善车辆的动态响应，从而提供更佳的驾驶体验。同时，预瞄控制的引入进一步增强了系统的预见性和适应性，体现了现代汽车工程对精确控制和舒适性的追求。