汽车半主动悬架控制仿真和试验研究毕业论文

 2021-04-20 10:04

摘 要

悬架是汽车的重要组成部分,它对乘坐舒适性和操纵稳定性有非常大影响。在悬架系统的设计、开发过程中,运动学、动力学和控制策略的计算分析是非常重要的。被动悬架调控有局限性;主动悬架不仅复杂而且制造成本高;半主动悬架相比于被动悬架和主动悬架有诸多优点,如结构相对简单、成本低、能够根据路面激励及汽车运行的实际情况实行最优反馈控制,能使汽车的运行状态达到较佳水平,很适合应用于汽车悬架系统中。所以本文选择了半主动悬架系统作为主要研究对象。

文中综合各种因素,建立了四分之一和二分之一悬架模型及其动力学模型,归纳总结了悬架系统的性能评价指标,建立了随机路面的不平度信号输入模型。在熟悉天棚控制算法和模糊控制算法的基础上,分别设计了天棚控制器和模糊控制器,用MATLAB/Simulink实现了仿真,得到较好的控制效果。

最后,论文利用了1/4车辆半主动悬架控制试验台,对车辆半主动悬架模糊控制进行了初步试验研究。应用车辆的多种控制方法并观察其控制效果,并将其应用于汽车实车试验中观察其控制效果。

关键词:半主动悬架 ;计算机仿真 ;天棚控制 ;模糊控制 ;实验研究

The Simulation and Experiment on the Control System of Automotive Semi-active Suspension

Abstract

The suspension system is one of the most important parts of the automobile. The suspension system has an important influence on the ride comfort and maneuverable stability of the automobile. As the traditional passive suspension has a very great limitation , and the active suspension costs much in using and manufacturing,semi-active suspension than passive suspension and active suspension has many advantages, the structure is relatively simple, low cost car according to road surface excitation and the implementation of the actual operation optimal feedback control can achieve better running car Level, it is suitable for automotive suspension systems. So this semi-active suspension system selected as the main object of study.

Firstly this article chooses and sets up the establishment of a quarter and half car dynamic suspension model, summarizes the evaluation of performance suspension system, establishs the signal input model of road roughness surface. Based on learning Ceiling control algorithms and fuzzy control algorithm ,the ceiling controller and the fuzzy controller are designed, and the simulation are achieving with MATLAB / Simulink , better control effect is got.

we present an experiment on a test rig of quarter car model equipped MR damper,and do a research on the fuzzy controller of the semi-active suspension system.Through the experiment we gain the acceleration and the suspension deflection of the sine excitation. We observe the better vehicle control methods and apply it to the real vehicle test.

Key Words:semi-active suspension,computer simulation,sky control,fuzzy control,experiment

目录

摘要

Abstract

目录

1 绪论 1

1.1 汽车悬架系统及其分类 1

1.1.1 汽车悬架系统 1

1.1.2 汽车悬架系统的分类 1

1.2 汽车悬架的发展及研究现状 2

1.2.1 汽车悬架的发展概况 2

1.2.2 半主动悬架国内研究现状 3

1.3 汽车悬架控制策略 3

1.4 本文研究内容与方法 4

1.4.1 本文研究内容 4

1.4.2 本文研究方法 5

2 汽车悬架数学模型的建立 6

2.1 汽车悬架性能评价指标 6

2.1.1 车身垂直加速度 6

2.1.2 悬架弹簧动挠度 6

2.1.3 轮胎动载荷 6

2.2 汽车—路面系统模型的建立 7

2.2.1 路面不平度功率谱 7

2.2.2 空间与时间频率功率谱密度的转化 9

2.3 汽车悬架系统的四分之一数学模型 10

2.3.1 1/4车二自由度被动悬架模型 10

2.3.2 1/4车二自由度半主动悬架模型 11

2.4 汽车悬架系统的二分之一数学模型 11

2.4.1 1/2车四自由度被动悬架模型 11

2.4.2 1/2车四自由度半主动悬架模型 14

2.5 本章小结 15

3 半主动悬架天棚控制系统的仿真研究 16

3.1 半主动悬架系统仿真研究 16

3.1.1 计算机仿真概述 16

3.1.2 Matlab及Simulink简介 16

3.2 计算机仿真参数设定 17

3.2.1 采样周期的选取 17

3.2.2 仿真车型的选取 18

3.2.3 路面模型输入参数 18

3.3 天棚阻尼控制器设计及其仿真分析 20

3.3.1 天棚阻尼控制算法 20

3.3.2 半主动悬架1/4车天棚控制仿真 21

3.3.3 二分之一被动悬架系统的仿真 22

3.3.4 二分之一半主动悬架天棚阻尼控制系统的仿真 24

3.4 本章小结 26

4 半主动悬架模糊控制系统的设计与仿真 27

4.1 半主动悬架模糊控制系统概述 27

4.1.1 模糊控制的基本原理 27

4.2 模糊控制器的设计 28

4.2.1 模糊控制器的结构 29

4.2.2 模糊控制器的参数选取 29

4.2.3 模糊决策 31

4.3 半主动悬架模糊控制系统仿真 32

4.4 本章小结 34

5 半主动悬架控制系统实验研究 35

5.1 磁流变半主动悬架台架试验 35

5.2 半主动悬架实时测控实验系统 36

5.2.1 试验系统硬件构成 36

5.2.2 试验系统控制软件设计 39

5.3 半主动悬架实车道路试验研究 40

6 结论及展望 42

6.1 本文主要研究工作 42

6.2 未来研究展望 43

致谢 44

参考文献 45

1 绪论

1.1 汽车悬架系统及其分类

1.1.1 汽车悬架系统

汽车在行驶过程中产生的振动对平顺性和操纵稳定性有很大的影响。汽车一般有三个减振环节,分别为轮胎、悬架和座椅。其中,悬架起主要的作用。悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力链接装置的总称。它是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(驱动力和制动力)和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架上,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力衰减由此引起的震动,以保证汽车的正常行驶。作为连接车轮与车架的重要总成,悬架性能的优劣直接影响到汽车的平顺性、安全性、通过性等多种性能,同时它还影响零部件的使用寿命。在车辆侧倾或俯仰的时候,悬挂系统能够及时有效地控制身体的姿态,以确保车辆的舒适度和安全间距。因此,要改善和提高悬架装置结构,对提高汽车的行驶性能,提高汽车的使用寿命具有十分重要的意义[1]

1.1.2 汽车悬架系统的分类

根据性能和结构特点车辆悬架可以分为三大类:被动悬架、可调节的半主动悬架和主动悬架如表1。

被动悬架没有外部能量输入,弹簧的刚度和减震器阻尼系数设计不可调,汽车在不同道路条件行驶的过程中不能改变它的值,设计只能保证一个特定的道路和速度来实现表现最佳的折中设计。被动悬架臂分为立式,横臂,独立悬挂和非独立悬架等。由于车辆在行驶中参数不能调整和选择,限制了被动悬架系统的发展空间。

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