基于四分之一悬架模型与整车虚拟样机的主动悬架控制系统仿真研究

论文摘要

随着现代汽车对乘坐舒适性和行驶安全性的要求越来越高,设计一个具有良好综合性能的悬架成为现代汽车研究的一个重要课题。传统的被动悬架系统的弹性元件和阻尼元件的刚度值和阻尼值是固定的,在汽车行驶过程中无法随路面状况、载荷等因素的变化而变化,所以有必要设计一种不同于被动悬架的新型悬架。主动悬架是随着现代控制理论和电子技术的发展而发展起来的,可以随汽车的行驶状态而自适应地改变其刚度和阻尼参数,具有优良的减振性能和操纵稳定性,是未来汽车悬架研究的一个重要方向。对主动悬架的研究主要从两个方面展开：一是四分之一主动悬架模型结构形式的研究,采用不同的控制方法,以达到较好的控制效果,并对汽车主动悬架控制系统进行了深入的研究。二是鉴于汽车结构和运动方式十分复杂,四分之一悬架模型仅仅考虑了汽车的垂直运动情况,为了能更好的反映主动悬架对俯仰、侧倾运动的影响,又采用虚拟样机建立了整车模型,进行了整车的平顺性实验台实验。首先,对悬架系统中几种控制方法进行了理论分析和算法研究,包括PID控制,模糊控制和模糊自适应PID控制等。其次,在理论研究的基础之上,分别以1/4车二自由度悬架系统模型为控制对象进行了主动悬架控制算法的计算机仿真。仿真试验的结果表明,对于不同的路面激励,各个控制算法都明显地抑制了车体振动,其中以模糊控制和模糊自适应PID控制方法效果最好。因此,车辆主动悬架系统采用这些控制是可行的和有效的。然后,本论文采用ADAMS/Car和MATLAB/Simulink联合仿真方法,分别对装配被动悬架和装配主动悬架整车的平顺性进行了分析。在ADAMS/Car环境中建立了装配可控悬架的整车虚拟样机模型；并利用MATLAB/Simulink建立主动悬架控制模型,考虑到控制器结构以及传感器个数,采用了上述模糊控制方法。联合ADAMS/Car中建立的整车虚拟样机模型和MATLAB/Simulink中建立的控制器模型进行了仿真。仿真结果表明,装备了主动悬架的整车平顺性比采用被动悬架的性能要好。联合仿真避免了建立整车动力学方程及推导传递函数,为复杂机械系统的控制与仿真提供了新思路。同时,采用虚拟样机协同设计、调试和试验的方法,同传统的设计方法相比有明显的优势,可以大大地提高设计效率,缩短开发周期,降低开发产品的成本,获得优化的系统整体性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 悬架系统介绍
• 1.1.1 悬架的功能
• 1.1.2 悬架的分类
• 1.1.2.1 被动悬架
• 1.1.2.2 半主动悬架
• 1.1.2.3 主动悬架
• 1.2 主动悬架控制理论研究的目的和意义
• 1.3 国内外主动悬架的研究动态
• 1.3.1 国内外主动悬架的理论
• 1.3.2 国外主动悬架的实际应用
• 1.4 汽车平顺性概述
• 1.4.1 汽车平顺性的研究发展概况
• 1.4.2 影响汽车平顺性的因素
• 1.4.2.1 路面不平度统计特性的研究
• 1.4.2.2 影响平顺性的车身部件的研究
• 1.4.3 平顺性力学模型
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 四分之一主动悬架控制策略及研究
• 2.1 主动悬架的数学模型
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 两自由度主动悬架模型
• 2.2 随机路面模型
• 2.2.1 路面不平度的功率谱
• 2.2.2 空间功率谱和时间功率谱的转化关系
• 2.3 主动悬架的控制理论
• 2.3.1 PID控制
• 2.3.1.1 PID控制的基本原理
• 2.3.1.2 主动悬架系统的PID控制
• 2.3.1.3 PID控制器的参数整定
• 2.3.2 主动悬架的模糊控制
• 2.3.2.1 模糊控制理论简介
• 2.3.2.2 主动悬架模糊控制器的结构与设计
• 2.3.3 模糊自适应PID控制
• 2.3.3.1 模糊自适应PID理论简介
• 2.3.3.2 主动悬架模糊PID控制策略
• 2.4 仿真试验结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 ADAMS/CAR中整车主动悬架模型建立
• 3.1 ADAMS软件介绍
• 3.1.1 多体系统动力学
• 3.1.1.1 多体系统动力学简介
• 3.1.1.2 多刚体系统动力学的研究方法
• 3.1.2 ADAMS软件的特点
• 3.1.2.1 ADAMS软件概述
• 3.1.2.2 ADAMS软件特点
• 3.1.2.3 ADAMS软件的应用
• 3.1.3 ADAM/Car的建模思路
• 3.1.4 ADAMS与控制系统的结合
• 3.2 建立联合仿真系统的一般方法
• 3.3 整车模型的建立
• 3.3.1 可控前悬架模型
• 3.3.2 可控后悬架模型
• 3.3.3 转向系统模型
• 3.3.4 车身模型
• 3.3.5 轮胎模型
• 3.3.6 发动机模型
• 3.3.8 整车模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 整车虚拟样机平顺性仿真分析
• 4.1 基于OPCM的整车控制理论
• 4.2 OPCM整车模糊控制策略研究
• 4.3 可控悬架模糊逻辑控制器设计
• 4.3.1 悬架模糊控制器的结构选择
• 4.3.2 控制器模糊规则的选取
• 4.3.3 主动悬架模糊控制规则确定
• 4.4 整车平顺性振动实验台仿真概述
• 4.5 ADAMS/Car与MATLAB联合仿真分析
• 4.5.1 整车平顺性振动实验台仿真
• 4.5.2 整车路面凸台台阶跃试验仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结及展望
• 5.1 总结
• 5.2 建议和展望
• 参考文献
• 致谢