基于能量反馈协调控制的电动汽车底盘减振方法

摘要： 针对电动汽车底盘振动控制及其能量反馈的设计要求，建立其1/4馈能式主动悬架模型，从能量角度使用基于线性二次最优调节器（Linear Quadratic Regulator， LQR）的控制方法，使悬架在控制力作动下达到车身振动能量尽量小并获得一定的振动反馈能量.在理论分析基础上，使用与Simulink建立联合仿真系统，分析LQR控制器协调底盘在复杂工况下的振动控制及其能量反馈的综合效果.分析表明，所用LQR协调控制方法能有效协调减振及其能量反馈.

关键词： 电动汽车； 减振； 能量反馈； 线性二次最优调节器

中图分类号： U463.1文献标志码： B

0引言

底盘和悬架振动控制及其能量反馈是现代汽车技术的重要研究领域之一.汽车和电动汽车技术的发展也对振动控制及其能量反馈提出越来越高的要求：首先，减振对提高车辆舒适性、避免车载设备等受振动影响具有实际意义；其次，电动汽车便于集成使用超级电容等储存反馈能量且不增加额外设备；最后，回收利用车辆释放的能量，可降低能耗，利于汽车节约能耗和提高经济性，尤其对电动汽车等具有现实意义.

1概述

车辆振动能量是一种高品位能，若能加以回收利用，可以在保证平顺性的同时减少汽车能耗.20世纪90年代，国内外学者就开展振动控制及其能量反馈方面研究，并取得诸多成果.NAKANO等[1]使用电机作动器建立主动隔振系统，并实现减振和能量回收；美国Bose公司开发能量反馈式全主动悬架，并在实车中实现较好的减振和馈能效果[2]；ZHANG等[3]和张勇超等[4]进行基于永磁直流电机结合滚珠丝杠的悬架减振和能量再生研究.

目前，协调减振和能量反馈的技术是能量反馈式主动悬架研究的重点之一.[5]OKADA等[6]研究悬架系统等效阻尼对减振和能量反馈的影响；SUDA等[7]分析馈能式悬架线性二次控制器设计对馈能的影响；黄昆等[8]研究馈能式悬架的协调性控制，并使用多目标优化方法获取最优电机常数.

本文针对实验室自主开发电动汽车ECUV振动控制和能量反馈协调控制问题，建立底盘悬架动力学模型，推导运动方程，使用基于线性二次最优控制调节器（Linear Quadratic Regulator， LQR）的协调方法，并利用Simulink建模分析其协调控制效果和影响因素.

2ECUV电动汽车悬架动力学建模

2.11/4悬架建模

分析底盘减振与振动能量反馈，需剖析底盘垂向运动.在初步研究中，可选取前悬为研究对象，建立二自由度悬架振动模型，用主动馈能式作动器代替被动式悬架阻尼器.建立的ECUV底盘1/4悬架模型见图1.

5结束语

针对ECUV电动汽车振动控制及其能量反馈的要求，建立1/4悬架动力学模型，并使用基于LQR控制方法，使悬架系统在尽量小的控制力作用下达到车体振动能量较小，并提供一定振动能量反馈输出.建模分析表明，所用LQR协调控制方法能较好地协调优化减振及其能量反馈，使底盘悬架在反馈能量的同时保持良好的减振性能；消耗及反馈的能量随路面不平度增大和车速提高而增加，但在能量反馈主动悬架的作用下，仍具有较好的减振效果.

参考文献：

[1]NAKANO Kimihiko， SUDA Yoshihiro， NAKADAI Shigeyuki. Self-powered active vibration control using a single electric actuator[J]. Journal of Sound and Vibration， 2003， 260（2）： 213-225.

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[3]ZHANG Yongchao， YU Fan， HUANG Kun. Permanent-magnet DC motor actuators application in automotive energy-regenerative active suspensions[J]. SAE Paper， 2009-01-0227， 2009.

[4]张勇超， 俞凡， 顾永辉， 等. 汽车电动悬架的减振与馈能特性试验验证[J]. 上海交通大学学报， 2008， 42（6）： 874-877.

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[6]OKADA Y， HARADA H. Regenerative control of active vibration damper and suspension systems[C]//IEEE Proceedings of the 35th Conference on Decision and Control， Kobe， Japan， 1996.

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[8]黄昆， 张勇超， 喻凡， 等. 电动式主动馈能悬架综合性能的协调性优化[J]. 上海交通大学学报， 2009， 43（2）： 226-230.

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[11]俞凡， 曹民， 郑雪春. 能量回馈式车辆主动悬架的可行性研[J]. 振动与冲击， 2005， 24（4）： 27-32.

[12]徐丽娟. 汽车主动悬架振动控制方法的研究与效果分析[D]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学， 2010.（编辑陈锋杰）