基于半车模型的主动悬架控制器设计与仿真

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作者：

张海涛

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摘要：

随着现代社会的进步和人们生活水平的提高,汽车已经成为人们日常出行最基本的交通工具,人们对其性能要求也越来越高.汽车悬架系统作为汽车的一个重要组成部分,其性能的好坏影响到汽车的操纵稳定性和行驶平顺性,因此设计一个性能较好的悬架系统是现代汽车研究的一个重要方面.利用传统的设计方法,汽车悬架系统设计开发周期长且生产制造成本高;而利用计算机辅助设计来实现悬架系统的设计可缩短产品设计制造周期和节约研究成本. 在汽车的整体结构研究过程中,通常把其定义为一个多自由度且振动过程复杂的系统,理论上,研究自由度数目越多的模型和实际情况越吻合,因此随着所研究系统的自由度数量增加同时伴随设计变量和测量参数的增加,使动力学模型的方程数目也随之增加.本文按照由易到难和由简单到复杂的思路,即从半车模型的四自由度到整车模型的七自由度,从被动悬架到主动悬架来展开研究分析,并采用将汽车悬架系统动力学原理和仿真软件相结合的方法,即利用多体动力学理论建立其动力学模型,然后在仿真软件中建立其相应的仿真模型进而进行动态仿真,最后对比分析仿真结果. 本文首先是对地面输入模型的建立和仿真,主要包含两部分内容:一是对路面输入模型的分析及其数学模型的建立,二是进行仿真模型的建立以及对其进行仿真,其主要目的是为后文的悬架系统的仿真模型的建立提供基础;第二是对半车模型被动悬架系统的仿真,主要是根据多体系统动力学理论建立半车模型被动悬架系统数学模型,然后利用MATLAB/Simulink仿真软件,依据其数学模型并结合路面输入仿真模型建立完整的半车被动悬架系统仿真模型,并分析研究悬架系统的主要性能评价指标;第三是对半车模型主动悬架系统的仿真,在被动悬架系统研究的基础上利用最优控制算法求解其最优控制矩阵,建立半车模型主动控制器的数学模型及其仿真模型,并结合半车被动悬架系统的数学模型和仿真模型完成半车模型主动悬架系统仿真模型的建立,运行仿真程序并对比分析系统主被动的悬架系统的性能变化情况,从而论证最优控制理论在半车模型悬架系统性能上的改善;第四是对整车模型被动悬架的仿真,在路面模型和半车被动悬架模型的基础上建立整车模型被动悬架系统动力学模型以及其仿真模型,运行仿真程序并对仿真结果进行分析;最后是对整车模型主动悬架的仿真,其控制器设计与半车模型同理,模型的建立则集成了地面输入模型,整车被动悬架模型,半车主动悬架模型以及控制器模型等模块.最终通过对比分析最优控制算法在悬架系统上的性能改善情况.对汽车悬架系统的仿真分析研究有助改善汽车的性能,提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性.

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关键词：

被动悬架 主动悬架 动力学模型 最优控制理论 动态仿真 半车模型 整车模型

被引量：

13