主动悬架pid控制策略研究

汽车悬架的半主动控制系统MATLAB/SIMULNK仿真

S0705234 沙小伟

摘要:分析当前轿车的悬架系统，对之进行简化。首先建立其1/4模型，利用仿真软件MATLAB里面的附件Simulink对悬架的简化模型进行仿真，考察其加速度，输出位移等特性。在此基础上进一步建立悬架系统的1/2模型，继续考察车身的加速度，输出位移，转角等系列特性。Simulink软件在整个的仿真过程中显示出强大的能力。

关键词：汽车悬架，半主动控制，仿真

Abstract: Analyze the suspension system of modern car, and then simplify it. First the model was analyzed with 2 degrees of freedom by the software simulink. Based on this, and then building 12 degrees of the suspension system. Inspect the acceleration and rotation angle and some other characters. In the whole process, the software simulink displayed powerful capacity.

Keywords: car suspension,semi – active control, simulation

引言

汽车悬架系统简介。悬架系统是车辆的一个重要组成部分。车辆悬架性能是影响车辆行驶平顺性、操作稳定性和行驶速度的重要因素。传统的被动悬架一般由具有固定参数的弹性元件和阻尼元件组成，被设计为适应某一种路面，限制了车辆性能的进一步提高。20世纪70年代以来工业发达国家就已经开始研究基于振动主动控制的主动、半主动悬架系统。

近年来随着电子技术、测试技术、机械动力等学科的快速发展，使车辆悬架系统由传统被动隔振发展到振动主动控制。特别是信息科学中对最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络等的研究，不仅使悬架系统振动控制技术在现代控制理论指导下更加趋于完善，同时已经开始应用于车辆悬架系统的振动控制[1]，使悬架系统振动控制技术得以快速发展。随着车辆结构和功能的不断改进和完善，研究车辆振动，设计新型悬架系统，将悬架的振动控制到最低水平是提高现代车辆质量的重要措施。

当代轿车的悬架系统。当代轿车悬架系统最常见的形式有：摇臂滑柱式(麦弗逊)、双A臂与多连杆式悬架系统。摇臂滑柱式悬架具有结构简单、成本低廉等优点。常见的欧洲车采用的较多。它存在的问题是：在持续颠簸的路面行驶，驾驶员容易疲劳，即车辆的操作稳定性不好，舒适性欠佳。但是由于其结构简单、易维修保养及成本低，因此在一些中低价位车上广泛地用着。

一些新型轿车上常见的多连杆式悬架系统，具有极佳的舒适性。多连杆式悬架系统的最大的优点是：其可平衡的达到其它悬架系统所达不到的性能要求，它是目前最先进的悬架系统。以日产兼具舒适性和操作稳定性智能型“QT悬架系统”为例，它具有极佳的操作稳定性转弯及直线行驶稳定性，能有效的克服路面的颠簸状况及改善制动时汽车的点头现象，可有效地降低车辆行驶的噪音[2]，使车内更加宁静，全面提高的汽车的舒适性，且具备结构简单，体积更小，噪音更小的优点。此种悬架极有可能成为未来悬架系统的主流。

双A臂悬架系统是一种兼具舒适性条件和操作稳定性的组合方案。但其成本高昂，生产工艺难度大，且要求具有极高的定位精度,因此只有在赛车和高价位车上才应用。双A臂悬架再加上防倾平衡杆，能很好的适应急转弯的操作。丰田LUXUS IS 200就装用了此类悬架，再加上低高宽比轮胎、创立了驾车者十分信赖的行车稳定性。

在悬架系统部件的选择上往往出现悬架“偏硬”与容易失掉乘坐舒适性，以及“偏软”和让人晕车的两难境地。汽车制造商为此采取折中的方案，既照顾全面，且又有所偏好。在处理操作稳定性和舒适性方面，德国BMW公司开发出一套EDC电子减振器。EDC自动检测出悬架系统中减振器的行程及行车的路面情况，并根据当时的车速计算出最适宜的悬架软硬度，从而最大限度的保证行车及乘坐的舒适性。在极颠簸的路面也能获得车轮与路面的最佳接触，从而提高行车的安全性。也就是说EDC能依据路面状况调整悬架的软硬程度，可满足人们操控车辆和乘坐舒适性的双重需用。

汽车悬架系统的类型和工作原理。根据现代车辆对悬架提出的各种性能要求，悬架的结构形式和振动控制方法随时都在更新和完善[3]。一般地说悬架的形式和结构很多，分类也不尽相同，导向构的形式，可分为独立悬架和非独立悬架。按控制力则可分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架三种基本类型，其简化模型如图所示

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力发生器图1 悬架简化模型

被动悬架。一般的车辆绝大都装有由弹簧和减振器组成的机械式悬架，简化模型如图1中第一个图所示。其中弹簧主要用来支撑簧上质量的静载荷。而减振器主要用于控制响应特性。这种悬架系统的刚度和阻尼参数一般通过经验设计或优化设计而选择。一旦确定就不能在车辆行驶的过程中随外部变化而改变。而对车辆悬架的要求：一是提高制动、转弯等过程的稳定性，要求悬架具有较高的阻尼系数；二是为隔开随机路面不平及车扰动，提高乘坐舒适性，要求较低的阻尼系数。被动悬架的参数不能任意调节和选择，限制了起性能的进一步提高，因此减振性能很差。

半主动悬架。半主动悬架的简化模型如图1第二个图所示由可变刚度的弹簧和减振器组成。其基本控制原理是根据簧上质量对车轮的速度响应和加速度响应等反馈信号，调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力。半主动悬架在产生力的方面近似于被动悬架，但其阻尼系数或刚度系数是可调的。通常以改变减振器的阻尼力为主，将阻尼分为两级或三级，由人工选择或由传感器信号自动确定阻尼级。另外可以改变弹簧刚度达到半主动控制的目的。目前主要应用的是空气弹簧。

主动悬架。主动悬架的简化模型如图1第三个图所示，由弹性元件和一个力发生器组成，力发生器的作用是改进系统中能源的消耗并供给系统以能量，该装置的控制目的是实现一个优质的隔振系统，而无须对系统作出较大的变化。因此，只需使力发生器产生一个正比于绝对速度负值的主动力，即可实现该控制目标。这种悬架系统的减振效果非常的明显。但是，该系统的商品化存在较大的困难，主要是硬件价格昂贵以及消耗能量过大，现在只用于少量排量较大的高档轿车。