飞机牵引车主动悬架的最优控制

由天下分享时间：2025/5/30 15:19:07 加入收藏我要投稿点赞

飞机牵引车主动悬架的最优控制

赵立军，魏庆福，曹建骁

【摘要】摘要:针对飞机牵引车主动油气悬架的控制问题，提出了一种以悬架和车身之间作用的合力为研究对象的设计方案，解决了因油气弹簧刚度和阻尼的非线性给控制系统带来的问题.以提高飞机牵引车的乘坐舒适性和操纵稳定性为控制目标，采用最优控制理论，根据车身加速度、悬架动行程和轮胎变形量三个指标的容限，给出权重系数矩阵，进而求得反馈控制矩阵.仿真结果表明:该方案可以减小车身加速度和轮胎动载荷，提高了车辆的控制性能.飞机牵引车采用静液传动，可以方便地对油气弹簧进行刚度调节，此方案易于工程实现. 【期刊名称】哈尔滨理工大学学报【年(卷),期】2011(016)005 【总页数】5

【关键词】关键词:最优控制;油气悬架;非线性;统一目标法

0 引言

飞机牵引车是用于牵引或顶推飞机的作业车辆，是现代机场必不可少的一种地面保障设备.随着我国航空业的迅速发展，对飞机牵引车的性能要求越来越高，希望同一辆飞机牵引车能够适应不同型号、不同重量的飞机，且能够实现车身高度在一定范围内的任意调节.传统的飞机牵引车的悬架系统具有固定的刚度和阻尼，因此只能在特定的工况下发挥其最佳性能，不同重量的飞机压在飞机牵引车上时，车身高度和车身姿态也会有很大差异.

电控油气悬架依靠连续地改变悬架系统的刚度和(或)阻尼来适应不同的工作环境，具有良好的非线性［1］，因此要求装有主动油气悬架的车辆具有改变刚度

和阻尼的作动装置.由于飞机牵引车采用静液传动，实现充放油和阻尼调节的作动装置非常容易获得.本文针对飞机牵引车的工作特性，提出了一种新的悬架系统简化方法，以提高乘坐舒适性和操纵稳定性为目标，采用最优反馈控制算法，得到了最优反馈矩阵.减小了车身加速度，增强了车辆的稳定性.

1 模型描述

飞机牵引车两前轮采用油气弹簧独立悬架，两后轮直接与车身相连(无悬架).前悬架简图如图1所示.通过对蓄能器2腔的充、放油来调节弹簧刚度和车身高度，通过调节节流孔的通流面积来改变悬架系统的阻尼. 1.1 悬架模型的简化

根据飞机牵引车前悬架的结构特点和前后轴质量分配系数ε≈1的实际情况，建立2自由度的1/4车体模型.由于油气弹簧的刚度和阻尼呈现非线性的变化规律，若把弹簧力和阻尼力分别作为研究对象，则会使状态方程的系数矩阵含有变量，影响系统可控性和可观性判断，加大黎卡提方程的求解难度.为简化状态方程，方便进行最优控制，可以把车身与悬架之间的合力u作为研究对象，并忽略轮胎阻尼，如图2所示.

根据牛顿第二定律，得悬架系统动力学方程为

选取非簧载质量的速度、簧载质量的速度、悬架动行程和轮胎变形量构成状态变量为

选取输出向量为

悬架系统的状态方程可表示为其中e为路面扰动. 可得:

1.2 油气弹簧的数学模型

根据图1所示油气弹簧的结构，并作假设:①油液不可压缩;②温度对系统没有影响;③ 系统无泄漏.通过节流孔的流量与节流孔两侧的压力差的非线性关系［2-4］，根据伯努利方程有:

式中:q12为1腔和2腔之间的流量;Cd为孔口流量系数;Ac为阻尼孔的通流面积;As为单向阻尼孔的通流面积;sign(˙x)压缩时为-1，伸张时为1;˙x为活塞运动的速度;p12为1腔和2腔之间的压差;ρ为液压油密度. 阻尼力与活塞运动速度的关系为其中A1为活塞面积. 并定义阻尼系数为刚度为

其中为气体折算高度.

2 最优控制系统的设计

2.1 系统的可控性与可观性

最优控制的作动力根据系统状态变量提供最优反馈增益来实现，必须保证系统的可控性与可观性.以飞机牵引车载荷为10 t为例，由表1的参数求得矩阵 A、B、C.

主动悬架控制力u对系统状态的可控判别矩阵为系统的可观测矩阵为: