整车半主动悬架的控制与仿真

论文摘要

随着人们对汽车车速要求的提高,传统的被动悬架系统限制了汽车性能的进一步提高。现代汽车悬架系统除了满足实现其基本功用,保证汽车行驶安全性的要求外,主要致力于提高汽车的乘坐舒适性。半主动悬架系统由于具有结构简单,成本较低,基本不需要消耗能量,而减振效果在一定程度上却能够接近全主动悬架系统,远远优于被动悬架的优点,因而成为目前汽车悬架的主要研究方向。本文针对整车7自由度模型,根据提出的新控制策略进行控制与仿真,主要包括以下几个方面的内容：1.建立整车7自由度系统的动力学方程和状态空间方程,根据道路不平度的频域模型,分析汽车响应的功率谱及均方根值与悬架阻尼系数之间的关系：根据道路不平度的时域模型,对被动悬架汽车模型进行时域仿真,根据悬架性能评价指标,计算相应的均方根值；2.建立随机输入下的汽车-道路系统的状态空间方程,建立合理的目标函数,推导瞬时随机最优控制策略的最优控制表达式,然后对被动、全主动和半主动悬架三种情况进行时域仿真,对比分析三种情况下悬架性能评价指标的参数值；3.分析传统天棚阻尼策略下性能评价指标与悬架阻尼系数之间的关系；通过对汽车系统动力学方程的分析,根据天棚阻尼策略的思想,提出了基于多目标的改进型天棚阻尼策略,对该策略下的四组不同参数进行仿真,分析参数变化对悬架性能评价指标的影响。本文的创新点是使用了两种新的控制策略对整车模型进行了时域仿真分析,而且本文提出的半主动悬架控制策略具有策略简单,计算量小,成本较低,容易实现等优点。仿真结果表明,两种控制策略都能有效地降低车身垂向加速度均方根值,提高汽车乘坐舒适性,而且充分地利用了悬架动行程,保证了轮胎动载荷在安全范围之内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车悬架的功用
• 1.2 汽车悬架的分类
• 1.3 悬架控制策略研究现状
• 1.4 半主动悬架国内外研究现状
• 1.5 本文的目的及主要内容
• 第2章 被动悬架汽车模型分析
• 2.1 汽车几何模型及参数
• 2.2 汽车系统运动方程
• 2.2.1 汽车系统动力学方程
• 2.2.2 汽车系统状态空间方程
• 2.3 汽车频域特性分析
• 2.3.1 汽车幅频特性
• 2.3.2 响应功率谱密度
• 2.3.3 响应均方根值
• 2.4 汽车模型时域仿真
• 2.4.1 路面不平度时域模型与仿真
• 2.4.2 被动悬架汽车模型仿真
• 2.4.3 汽车悬架性能评价指标
• 2.4.4 仿真结果的性能评价指标参数值
• 2.5 本章小结
• 第3章 瞬时随机最优控制策略仿真与分析
• 3.1 最优控制的基本理论
• 3.1.1 确定最优控制
• 3.1.2 随机最优控制
• 3.1.3 瞬时最优控制
• 3.2 瞬时随机最优控制策略理论推导
• 3.2.1 随机输入下系统状态空间方程
• 3.2.2 汽车-道路系统的瞬时随机最优控制律推导
• 3.3 瞬时随机最优控制仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 改进型天棚阻尼策略仿真与分析
• 4.1 天棚阻尼策略简介
• 4.2 天棚-地棚阻尼混合控制策略仿真
• 4.2.1 天棚阻尼策略仿真
• 4.2.2 混合控制策略仿真
• 4.3 改进型天棚阻尼策略简介
• 4.4 基于多目标的改进型天棚阻尼策略
• 4.5 仿真结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢