汽车半主动悬架系统的建模分析

悬架系统的作用
(1)传递作用于车轮、车架或车身之间的一切 力和力矩； (2) 减振和缓冲作用，缓和路面不平传给车架 或车身的冲击，使汽车行驶平顺乘坐舒适； (3) 车轮跳动时使车轮定位参数变化小，保证 良好的汽车操纵稳定性； (4) 保证车轮与地面良好的附着性，减小车轮 动载变化，以保证良好的安全性。
1 0 0 0 y x 0 1 0 0
状态空间方程
选取系统参数为： M=300 kg，m=35 kg，Ks=15 KN/m，Kt=160 KN/m，Cs=1 KN· s/m
0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 x u x 4571 428 28.6 28.6 0.029 50 3.3 3.3 0 0.0033
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汽车半主动悬架系统 的建模与分析
目录
• • • • • • 课题背景 建立力学模型 建立数学模型 建立状态空间模型 能控能观性分析 后续工作
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课题背景
悬架系统：车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整 个支撑系统，用于支撑车身，改善 乘坐舒适度。
半主动悬架系统 力学模型
M
z2
F
Cs
Ks
两 个 质 量 块
m
z1
一 个 可 调 阻 尼 器 常 规 阻 尼 器 变 化 阻 尼 力
两 个 弹 簧 系 统
Kt
z0
建立数学模型
对m进行分析：
d 2 z1 dz1 dz2 m 2 Kt ( z0 z1 ) K s z1 z2 Cs F dt dt dt
建立状态空间模型
选取状态变量：x1 控制变量： 输出向量：
z1 z0 x2 z2 z1 x3 z1 x4 z2 y2 x2
u= F
y1 x1
x1 z1 z0 x2 z2 z1 Kt Ks Cs Cs 1 x3 x1 x2 x3 x4 F m m m m m Ks Cs Cs 1 x4 x2 x3 x4 F M M M M
即： mz1
Kt ( z0 z1 ) Ks z1 z2 Cs z1 z2 F
对M进行分析：
d 2 z2 dz1 dz2 M 2 K s ( z1 z2 ) Cs F dt dt dt
即：
mz2 Ks z1 z2 Cs z1 z2 F
状态空间表达式
0 0 Kt x m 0 0 0 Ks m Ks M 1 1 Cs m Cs M 0 0 0 1 Cs x 1 u m m Cs 1 M M
1 0 0 0 y x 0 1 0 0
能控性分析
M (b, Ab, A b, A b)
2 3
Rank(M)=4，满秩，故系统可控
源自文库
能观性分析
N C , CA, CA , CA
2 3

T
Rank(N)=4，满秩，故系统可观
后续工作
系统稳定性分析 状态观测器设计 最优控制 ……
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悬架系统分类：
被动悬架 全主动悬架 半主动悬架
结构简单，但不能兼顾 舒适性和稳定性，而且 隔振效果较差。 优质的隔振效果，实现 理想悬架的控制目标， 但能量消耗大，成本高， 结构复杂，使用受限
介于被动悬架和主动悬架之间，通过改变减振器的 阻尼特性适应不同的道路和行驶状况的需要，改善 乘坐舒适性和操纵稳定性。结构简单，无须力源， 能量损耗小，因此应用广泛