LQR操縱和時滯反饋操縱在汽車整車減振中的應(yīng)用

1、LQR操縱和時滯反饋操縱在汽車整車減振中的應(yīng)用LQR操縱和時滯反饋操縱在汽車整車減振中的應(yīng)用 引言 在汽車行駛過程中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)動、傳動系統(tǒng)的傳動以及路面的不平坦都會使汽車發(fā)生局部或整車的垂向振動。這種振動不但會降低乘坐舒適性，而且也會縮短汽車零部件的使用壽命，甚至?xí)戆踩[患。隨著生活水平的不斷提高，人們對汽車的使用性能，諸如平順性、舒適性、安全性等提出了更高的要求1-3。因此，學(xué)者們提出了被動、主動和半主動操縱方法來降低汽車的垂向振動。龍巖等4將傳統(tǒng)的被動式動力吸振器應(yīng)用在某國產(chǎn)皮卡的振動操縱上。仿真結(jié)果和實車試驗證明，該動力吸振器有效地解決了該車的振動問題。文永蓬等5-6建立了軌道車輛

2、垂向振動的動力吸振模型，商量了載客量和車速的改變對動力吸振器吸振性能的影響。結(jié)果說明，在車軌耦合作用下，動力吸振器的設(shè)計頻率閾值確定了其吸振效果。周偉浩等7將電磁式半主動吸振器應(yīng)用在汽車車身的振動操縱上。結(jié)果說明，電磁式半主動吸振器有效地降低了汽車車身的振動。Vu等8設(shè)計了線性二次型最優(yōu)操縱器LQR來抑制重型汽車的振動。結(jié)果說明，LQR操縱很好地解決了重型汽車振動大和穩(wěn)定性差等問題。值得留意的是，在主動操縱中，時滯現(xiàn)象是不行幸免的。它主要來自于信號的傳輸、操縱律的計算、作動器的作動等過程。人們發(fā)覺，合理地利用時滯可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振動操縱效果。Olgac9首次將時滯反饋操縱引入動力吸振器，

3、形成了時滯諧振器，并將其用于簡諧激勵下主系統(tǒng)的振動操縱。結(jié)果說明，通過選擇合適的時滯反饋操縱參數(shù)，主系統(tǒng)的振動消逝。Sun10構(gòu)造了含固有時滯的主動式動力吸振裝置，從理論和試驗方面討論了固有時滯和反饋增益系數(shù)對系統(tǒng)幅頻特性的影響。結(jié)果說明，選取合理的反饋增益系數(shù)可以有效降低主系統(tǒng)的振幅。Choi等11在半主動汽車懸架系統(tǒng)中考慮了時滯的影響，設(shè)計了操縱器，有效降低了汽車的振動。Huang等12接受時滯反饋操縱提高了半主動懸架系統(tǒng)的振動操縱效果。結(jié)果說明，與被動懸架系統(tǒng)相比，當選擇合適的阻尼系數(shù)和時滯量時，半主動懸架系統(tǒng)使車身的橫向振動幅度降低了50%。 本文建立了具有主動式動力吸振器的汽車整車模

4、型，以降低車身垂向振動幅值為操縱目標，分別討論了LQR操縱和時滯加速度反饋操縱下吸振器對整車的振動操縱效果，并與被動吸振器的操縱效果進行對比。1 模型的建立圖1給出了具有動力吸振器的整車力學(xué)模型13。其中，、和分別表示吸振器的質(zhì)量、剛度系數(shù)和阻尼系數(shù);、和分別表示汽車整車的質(zhì)量、剛度系數(shù)和阻尼系數(shù); 表示路面位移激勵。和分別為吸振器和汽車整車的位移。為主動操縱力。當u=0時，主動式動力吸振器退化為被動式動力吸振器。假設(shè)路面激勵為正弦激勵，其表達式為，其中表示激勵幅值，表示激勵頻率。取系統(tǒng)的物理參數(shù)、，取，u=0，圖2給出了被動操縱下，動力吸振器和主系統(tǒng)的加速度幅值和隨頻率的改變關(guān)系。 由圖2可

5、知，系統(tǒng)的固有頻率分別為和14.3 Hz。在頻率13.4 Hz處，被動吸振器擁有最正確的吸振效果。在頻率7.3 Hz處，車身和吸振器的幅值最大。鑒于此，在下文中，我們分別將LQR操縱和時滯反饋操縱引入動力吸振器，形成兩種不同形式的主動式動力吸振器，用以降低7.3 Hz處車身的加速度響應(yīng)幅值。從圖4可知，當反饋增益系數(shù)固定時，隨著時滯的增加，系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定性切換。當時，時滯的穩(wěn)定區(qū)間為0.036s，0.059s;當時，時滯的穩(wěn)定區(qū)間為0，0.030s和0.076s，0.088s;當時，時滯的穩(wěn)定區(qū)間為0，0.014s。當、和時，最優(yōu)時滯量分別為0.059s、0.016s和0.006s，此時車身的加

6、速度幅值最小，對應(yīng)著吸振器最正確的減振效果。4數(shù)值仿真圖5給出了時被動操縱、LQR操縱和時滯反饋操縱下系統(tǒng)的加速度時程響應(yīng)。由圖5可見，相較于被動式動力吸振器，LQR操縱和時滯反饋操縱下的動力吸振器具有更好的振動操縱效果，可以不同程度地降低車身的加速度幅值。此外，時滯反饋操縱下系統(tǒng)的數(shù)值仿真結(jié)果與圖4的理論分析結(jié)果一致，從而驗證了理論分析的正確性。表1給出了被動操縱、LQR操縱和時滯反饋操縱下動力吸振器和車身的加速度幅值。由表1可知，與被動操縱相比，LQR操縱下車身的加速度幅值降低了51.38%，當g=-0.25 kg， t=0.006 s時，時滯反饋操縱下車身的加速度幅值降低了65.13%。5結(jié)論本文以汽車整車為受控對象，分別討論了LQR操縱和時滯反饋操縱對動力吸振器振動操縱效果的影響。主要結(jié)論如下：1與被動操縱相比，LQR操縱和時滯反饋操縱下吸振器具有更佳的振動操縱效果。LQR操縱下，車身加速度幅值降低了51.38%，時滯反饋操縱下，當g=-0.25 kg， t=0.006 s時，車身加速度幅值降低了65.13%。2在時滯反饋操縱中，動力吸振器的振動操縱效果取決于時滯和反饋增益系數(shù)的取值