半主动悬架控制方法的研究

论文摘要

悬架系统是汽车实现操纵稳定性和乘坐舒适性的重要机械结构。按控制力可将其划分为被动悬架、半主动悬架和全主动悬架。由弹性元件和阻尼可调减振器组成的半主动悬架有耗能少,易实现等优点,可以改善汽车行驶的平顺性和操作稳定性。半主动悬架既克服了被动悬架系统的缺陷,又使实现成本降低,成为汽车技术中的研究热点之一。汽车悬架系统是一个复杂的非线性系统,常规的控制策略应用于汽车悬架系统具有一定的局限性,而模糊控制器能适用于复杂非线性系统。与传统的自适应系统相比,在满足更为苛刻的性能要求的同时,还适用于更广泛的系统及环境的不确定性。本文对半主动悬架特性进行了分析,在此基础上,研究了模糊控制方法。文中以汽车半主动悬架系统为研究对象,在对汽车及悬架系统性能分析的基础上,建立四分之一车二自由度悬架数学模型、二分之一车四自由度模型及二分之一车五自由度模型和道路模型,并推导出悬架动力学方程,提出了适用于半主动悬架系统的模糊逻辑控制,以控制输出信号动态改变可调阻尼器的阻尼系数从而达到自适应减振控制的目的。其中四分之一车二自由度模型、二分之一车四自由度模型分别以各自的方式采用模糊控制,五自由度汽车模型应用四自由度模型采用的模糊控制器经过简单参数调整后进行仿真。最后分别采用正弦信号和我国常见的B级路面作为激励信号,根据前面所建立的数学模型,利用Matlab/Simulink建立了动态模型,并进行计算机仿真,与被动悬架的一些性能指标进行了对比分析。分析结果证明了半主动悬架系统比传统的被动悬架具有更好的减振性能。上述研究工作对于汽车电子控制系统和悬架半主动控制的研究有重要的参考价值,为半主动悬架系统在国产汽车上的实际应用提供了很好的依据,并为今后进一步开展汽车动力学性能的研究和计算机控制奠定了理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车悬架系统及其发展概述
• 1.1.1 被动悬架系统
• 1.1.2 全主动悬架系统
• 1.1.3 半主动悬架系统
• 1.2 半主动悬架的控制技术及国内外研究应用概况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.2.3 实际应用状况
• 1.3 研究的目的、意义、内容和创新方法
• 1.3.1 本文的研究目的和意义
• 1.3.2 本文的主要内容及创新方法
• 第2章 模糊逻辑控制理论的数学基础
• 2.1 模糊集合与隶属函数
• 2.1.1 清晰集合的概念及其表示方法
• 2.1.2 模糊集合的概念及其表示方法
• 2.2 模糊逻辑推理
• 2.2.1 模糊逻辑
• 2.2.2 模糊推理
• 2.2.3 模糊推理的特点和应用分析
• 2.3 模糊控制原理和设计方法
• 2.3.1 模糊控制理论的产生
• 2.3.2 模糊控制的特点
• 2.3.3 模糊逻辑控制器基本结构与组成
• 2.3.4 模糊控制的基本原理
• 2.3.5 模糊控制器设计的基本方法
• 第3章 悬架动力学模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 悬架的性能参数
• 3.2.1 汽车悬架对汽车性能的影响
• 3.2.2 悬架的性能评价参数
• 3.3 路面激励模型
• 3.3.1 路面不平度的功率谱
• 3.3.2 计算机仿真产生积分白噪声路面输入
• 3.3.3 正弦路面输入
• 3.4 汽车悬架模型的建立
• 3.4.1 1/4车二自由度悬架模型
• 3.4.2 1/2车四自由度模型
• 3.4.3 1/2车五自由度模型
• 3.5 汽车悬架舒适性评价方法
• 3.5.1 人体振动特性及评价标准
• 3.5.2 振动对人体的影响
• 3.5.3 全身承受振动的评价标准
• 3.6 汽车平顺性评价方法
• 3.6.1 ISO2631评价标准
• 3.6.2 国家评价标准
• 3.6.3 悬架性能的典型评价指标
• 第4章 悬架模糊控制系统设计
• 4.1 四分之一车二自由度模糊控制器的设计
• 4.1.1 模糊控制器的结构选择
• 4.1.2 确定输入变量和输出变量的基本论域
• 4.1.3 输入输出变量的模糊化
• 4.1.4 确定量化因子和比例因子
• 4.1.5 建立模糊控制规则
• 4.1.6 模糊推理
• 4.1.7 解模糊
• 4.1.8 Matlab/Simulink的控制器仿真模型
• 4.2 二分之一车四自由度模糊控制器的设计
• 4.2.1 模糊控制器的结构选择
• 4.2.2 确定输入变量和输出变量的基本论域
• 4.2.3 输入输出变量的模糊化
• 4.2.4 确定量化因子和比例因子
• 4.2.5 建立模糊控制规则
• 4.2.6 模糊推理
• 4.2.7 解模糊
• 4.2.8 Matlab/Simulink的控制器仿真模型
• 4.3 二分之一车五自由度模糊控制器的设计
• 第5章 半主动悬架系统仿真分析
• 5.1 计算机仿真概述
• 5.1.1 计算机仿真概念及作用
• 5.1.2 仿真算法和仿真软件
• 5.2 Matlab/Simulink简介
• 5.3 各种模型的仿真与分析
• 5.3.1 路面模型
• 5.3.2 四分之一车二自由度悬架模型仿真分析
• 5.3.3 二分之一车四自由度悬架模型仿真分析
• 5.3.4 二分之一车五自由度悬架模型仿真分析
• 第6章 总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 建议和展望
• 参考文献
• 致谢