路面检测车新型主动悬架LQG控制的研究

　　路面检测车利用其搭载的摄影摄像装置来对路面进行长距离高速检测,以保证行车的安全性并提高公路使用周期。除了车身振动位移导致的图像偏移以外,车身振动加速度、悬架动行程与轮胎动位移对检测车工作人员乘坐舒适性、检测车使用寿命以及行驶安全所造成的影响也是使检测工作无法长期有效进行的主要因素。对于采用被动悬架和传统主动悬架的检测车,利用机械稳像、光学稳像与电子稳像系统虽可对图像偏移进行补偿[1-3],但前者对乘坐舒适性、检测车使用寿命以及行驶安全的改善有限;后者虽能全面改善各项性能指标,但由于同时采用主动悬架系统和稳像系统,所以检测车的结构会变得很复杂。为了合理简化检测车的结构设计并提高它的使用性能,必须使主动悬架系统具有有效抑制车身振动位移的能力。本文针对该问题提出了新型主动悬架LQG控制策略,它与传统主动悬架LQG控制策略的差别在其目标泛函中出现了车身振动位移加权平方和对时间的积分。在此基础上本文根据极小值原理推导了新型主动悬架LQG控制规律并利用Matlab软件完成了新型主动悬架LQG控制器的设计。仿真结果表明通过合理设置位移加权系数的值便可获取理想的稳像精度。

　　1　整车行驶动力学建模

　　图1为整车七自由度行驶动力学模型,建模时将车身视为刚体,将车轮简化为线性弹簧,将悬架简化为线性阻尼与弹簧的组合。模型中各参数的含义参见附录。根据以上假设和定义,可以建立行驶动力学模型的状态空间表达式：

　　离在透镜光轴方向的投影, f为透镜中心与像面中心的距离在透镜光轴方向的投影。

　　通过分析图像偏移函数,可以发现在摄影摄像装置的安装位置确定好以后,要使像点位移均方值尽可能小,必须使zb、θx、θy的均方值尽可能小。为了有效抑制车身振动位移zb、θx、θy,必须对主动悬架的控制策略进行研究。

　　3　新型主动悬架LQG控制策略的研究

　　在整个检测过程中,检测车车身振动位移的均方值应尽可能小。由于传统主动悬架LQG控制策略的目标泛函中缺少车身振动位移加权平方和对时间的积分,所以根据传统主动悬架LQG控制策略所设计出的主动悬架不能保证将检测车车身振动位移的值控制在一有效范围内。为此,在传统主动悬架LQG控制策略的目标泛函中增加车身振动位移加权平方和对时间的积分,根据极小值原理重新建立黎卡提方程并推导控制向量与状态变量之间的最优控制反馈增益矩阵,从而建立最优控制反馈增益矩阵与目标泛函中各性能指标加权系数之间的解析关系。