MinimalControl的博客

半主动悬架CDC应用开发与仿真

汽车是一个复杂的振动系统，针对不同的需求进行不同的简化。在对悬架振动分析中，把汽车车身看做一个刚体，把驾驶员座椅和驾驶员拿掉；车身以下至车轮之间的橡胶垫，连接杆，弹簧等具有弹性和阻尼的元件，只保留弹簧和减振器；在车轮部分，由于车轮刚度跟车轮阻尼不是一个数量级的，所以忽略轮胎阻尼。这样下来，在我们平顺性分析中，汽车第一步就简化成了如下图所示：在这个模型中，四个轮和车身各自有上下垂跳的自由度，车身还具有俯仰(绕y轴转动)，侧倾(绕x轴转动)两个方向的旋转自由度，总共是5+2=7个自由度，也就是7自由度模型。

从0开始加速--匀速40Km/h--减速至0；：在道路65m~70m之间，有一个转向变道再回来的避障动作。C级路面，300m处，设置高30mm的减速带。

识别方法参考以下图片上的这篇论文第三章，有需要的自行知网下载。

通过这两篇文章，相信看过的肯定能很容易联想到，制动点头与加速抬头的控制，主要与纵向加速度强相关，控制策略方面，可以先尝试通过纵向加速度查表，得到目标电流。同样的直线加减速工况中，电流大的配置，提升加减速时车身姿态性能方面具有较大优势。在我们初步控制中，查表直接沿用侧倾控制的查表数据。以上两图是半主动悬架控制软件架构与联合仿真架构。控制性能有达到我们的预期。

同车速、同样转弯动作，侧倾性能依次为1600ma>Passive>0ma，这也很好理解，我们设定的cdc阻尼力，同等拉压速率下，电流越大，阻尼力越大，也即减振器越硬，相应的对车身支撑越好，对侧倾车体姿态变化抑制的效果也就越好。首先测试对比下最小电流与最大电流工况下，侧倾性能与原车被动减振器侧倾性能对比，性能指标为侧倾率。侧倾控制的套路与上一讲俯仰控制的套路差不多，前期单一模块开发，可以尝试根据某个指标进行查表，得到目标电流。初步开发的侧倾控制模块有取得预期的控制效果，侧倾率有降低。

上一讲中，我们介绍了垂向控制模块(SH)的搭建与联合仿真，介绍与carsim仿真的接口，这一讲我们在上一讲仿真平台基础上，进行俯仰模块的单独开发与仿真。在实际行车过程中，俯仰工况都是偏低频的，因此，我们管好图上前半段即可。单一工况初步开发仿真，可以先尝试根据俯仰率大小，直接查表得到目标电流。1.6A电流，过扫频路面，如下图，低频有提升，高频恶化。0A电流，过扫频路面，如下图，低频恶化，高频有提升。以上两图是半主动悬架控制软件架构与联合仿真架构；结果如下两图所示，低频有提升，高频无恶化。

整个cdc-carsim仿真工程框架大致如上图所示，carsim提供整车模型，实时输出加速度，角速度等传感器信号；simulink模型根据传感器信号的数据，各个控制模块依次计算需求电流。由于carsim车辆模型没有带cdc减振器，只提供了减振器阻尼力的接口，因此，在各个模块加权计算出需求电流后，仿真模型多一步查表，查出阻尼力，再反馈回给carsim。

巴特沃斯低通滤波器的幅度二次方函数如下：式中，n为阶数，为滤波器的截止频率，单位是rad/s；当输入信号的频率时，有， 输出与输入的幅值比即为，也即-3db，我们通常说的低通滤波器的截止频率，即幅值衰减为0.707时的频率；不同阶数的幅频特性曲线如下：从图上可以看出巴特沃斯滤波器具有以下几个特点：1、幅值函数是单调递减的，在处，具有最大的幅值2、在处，，即比下降了3dB；3、当趋于无穷时，幅值比趋近于0.

车身高度传感器外形大致如下所示，本质上就是一个角度传感器，接插件中有电源、地和链接ECU的信号线，给ECU输出PWM波。高度传感器在车上的安装位置如下图所示，一般安装在悬架摆臂与车身之间，配置有空簧和CDC的车辆，一般四个悬架都会标配安装有4个高度传感器。

只要想运用天棚控制算法来提高平顺性，避免不了需要知道车的四个车轮位置的减振器压缩速度,记为Vd和对应的车身速度垂跳速度，记为Vs;车身垂跳速度：由IMU垂向加速度结合三轴角速度，分解得到车四个角的垂向加速度和垂向速度；车身垂跳速度：由IMU垂向加速度结合三轴角速度，分解得到车四个角的垂向加速度和垂向速度；减振器压缩速度：由估算的车身垂向速度与采集的车轮垂向加速度计算得到；3、侧倾控制：侧倾角或侧倾角速度或侧倾角加速度，或侧向加速度；侧倾角/侧倾角速度/侧倾角加速度： 传感器采集处理得到；

Autosar= Automotive Open System Architecture，汽车开发系统架构的意思。直白一点的讲就是把基础软件做一个封装，标准化接口，标准化代码，目标是做一套标准化代码，使得一套代码打天下，一套代码适用所有产品，用户精力就集中在应用开发，其它交给autosar；用户在移植到不同平台时候只要使用配置工具改改配置参数，导导文件，点击一键生成然后就生成了底层基础软件代码。看起来是不是很没技术含量，从业小伙伴们自嘲他们只是"点一点工程师"；其实不然，里面大有门道。

LQG本质上还是LQR和状态反馈，大家可以先看看上面这篇博客。LQG:随机线性最优控制系统，应用随机线性最优控制理论，对系统有几点要求：1）受控对象是线性的(Linear);2) 系统的性能指标要以二次型的形式表达(Quadratic);3) 系统输入为高斯分布的白噪声(Gaussian distributed white noise);4) 系统的状态均为可测。

天棚控制算法思想最早是由一个外国人Karnopp在1974年最早提出来的，为了有效减轻路面颠簸对车身的影响，为了最大程度将车身与路面解耦，他设想有一个减振器，直接一端链接天空，另一端链接车身；这个减振器的阻尼力方向与车身运动方向相反，恰好能使得车身保持在水平位置不动；这样，就算路面再怎么颠簸，都不会影响到车身，如下图所示：按照他的设想，四分之一车悬架动力学模型就变成下面这样子；当然，这个设想是理想化，不可能实现的，现实中减振器都是按照在车轮与车身之间，不可能按照在天空与车身之间。

如上图所示的独立悬架7自由度整车模型，假定车身是一个刚体，车辆在水平面上做匀速直线运动，车身具有上下跳动、俯仰和侧倾三个自由度，四个车轮各自都有一个上下跳动的自由度，加起来总共有7个自由度，所以称为简化的7自由度悬架振动模型。7、按照先后顺序，整理下这几个模块，取缔掉一些goto，信号合并为总线输出的形式，稍作整理。5、搭第四组方程，侧倾运动,第4步和第5步很多是可以从第三步复制过来的。ZbA,ZbB,ZbC,ZbD:前后左右四个角落车身位移。2、搭第一组方程，四个角落的位移，输出都已经有了。

路面建模、悬架建模、时域频域分析

CDC 半主动悬架

悬架的分类和特点

如果只有弹簧而没有减震器，假设突然受到一个路面冲击，悬架会不断震动下去，持续很久，如下图左所示；而加入减震器后，情况则不一样了，如图右所示，减震器力的大小与压缩拉伸速度成正比,F=c*v，可以耗散衰减弹簧瞬态的冲击力。如下图所示，一个弹簧和一个直筒般的东西(减震器)，外加链接车身的连杆和衬套等零件，便组成了汽车悬架。根据悬架结构形式、连接件形式，悬架可以分为很多种类，如双叉臂悬架、麦弗逊悬架、独立悬架、扭力梁悬架等非常多种悬架，这里我们不再赘述，我们更关心的是电控方面的问题。