汽车悬挂系统的减振仿真研究.doc

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1、汽车悬挂系统的减振仿真研究摘要：对汽车的主动悬挂系统和被动悬挂系统的特点进行了分析对比，并以主动悬挂系统为研究对彖，建立了基于1/4车辆动力学模型，应用最优控制理论进行了二次型最优控制器设计，并用MATLAB/SIMULINK软件进行1/4车辆悬挂系统仿真分析，仿真结果表明，采用最优控制方法的主动悬挂系统可以较好地改善车辆行驶的平顺性和乘坐舒适性。山于某些原因，没仃上传完整的毕业设计(完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等)，此文档也稍微删除了一部分内容(目录及某些关键内容)如需要的刖友，请联系我的叩扣:二二壹五八玖一壹五一，数万篇现成设计及

2、另冇的高端团队绝对可满足您的需要.关键词：主动悬挂；线性最优控制理论；仿ft;MATLAB/SIMULINK中图分类号：U463.33文献标识码：A文章编号：1672-1616(2010)03-0047-03悬挂系统是指千身与千轴Z间连接的所冇组介体冬件的总称，悬挂系统直接影响着汽车的女全性、稳定性和舒适性，是汽车的重要组成部分Z—。汽不悬挂系统按右无外加能源供给，可分为主动悬挂系统和被动悬挂系统。本文对主动悬挂系统和被动悬挂系统的特点进行了对比分析，并进一步以主动悬挂系统为研究对象，结合车辆动力学原理，推导了一种基于最优控制理论的主动悬架控制方法。1主、被动悬挂系统减振特点

3、分析图丨中k2为被动悬挂系统的悬挂刚度,ci为悬挂系统的阻尼系数,m为车身质量。图1(a)所示的怂挂系统称为被动怂挂系统，这种怂挂系统没冇能源供给装置，且该装置的弹性阻尼系数是不变的，阻尼与质量m的速度有关，因此在振动过程中阻尼会消耗振动系统的能量，从而起到减振的作用。被动悬挂系统有以下特点：悬挂系统支撑车身质量并随路而运动，为了支撑车身质量，这时需要一个阻尼系数很大的硬悬挂；隔绝随机路面不平度对汽车的扰动，显然，这时为了隔绝因路面不平而引起的颠簸，悬挂支撑需要一个阻尼系数很小的软悬挂，但是当阻尼系数很小时，车身很容易出现共振现象。山此可知，被动悬挂系统在解决这两个矛盾时，显

4、得力不从心。图1(b)所示的悬挂称为主动悬挂系统，它是山传感器、控制器和执行器组成的，如果控制器能通过传感器的信号而发出指令，使发生器能产生一图I主、被动悬挂系统结构示意图个正比于绝对速度负值的主动力12],就可以无需对系统做较大的变化来实现一个优质的隔振系统。2基于线性最优控制理论的汽车主动悬挂系统控制方法研究山上文分析可知，结构简单和工作可靠是无源被动减振的主要优点，然而它的减振效果是很仃限的

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6、O鉴于此，有必要对主动悬挂系统作进一步的研究。2.1控制方法的选择控制方法是主动悬挂系统的核心技术Z-,国内外学者提出了H适应控制、预见控制、滑模控制、自校正控制、最优控制理论

7、、模糊控制和神经网络控制等方法牛61。其中最优控制理论基础比较完善，其最大优点是不必根据要求的性能指标确定系统闭环极点的位置，只需根据系统的响应曲线找出合适的状态变量和控制变量的加权矩阵，使系统性能指标函数即目标函数J最小。主动悬挂系统的状态方程大多具有线性形式：x=Ax+Bv式中：A为nn系统矩阵;B为nr控制矩阵;x收稿11期:2009-09-28482010年2月中国制造业信息化第39卷第3期为n维状态矢量;v为r维控制矢量。加约束后性能指标函数J为：式中：Q为状态变量的加权矩阵;R为控制变量的加权矩阵;N为交叉项的权巫。这里应注意：要求系统为线性定常系统，且要求系统完

8、全能控；优化后的闭环系统是渐近稳定的。2.2主动悬挂系统动力学方程的建立及线性二次型最优控制器的设计山于目前的悬挂形式主要是独立悬挂，而二自山度1/4车辆模型能较好地描述汽车独立悬挂系统的实际情况，故取1/4车辆模型作为主动悬挂系统优化控制的研究对彖，模型如图2所示。山此可得出系统的状态方程为x=Ax+Bu+Ew(2)式中:00100001A=ki—00ymi000000・11・1B=•,E=n,w=yo,mi010m2E为扰动输入矩阵。在确定冃标函数时，应考虑到汽下的平顺性和操纵稳定性，悬挂系统弹簧的动扰度(y，y2)会影响到汽车的平顺性，上I•车轮与路血间的动载荷会影响汽

9、车操控稳定性；从实现控制的角度看，应使所需的控制能量较小，综合以上儿种因索，目标函数可写为图2主动悬挂系统结构示意图图2中m2为1/4车身质fl;mi为车轮质量;u=・Kx表示悬挂对车身或车轮的作用力；K为n维行向量;詁为不轮弹性系数，车轮的阻尼山于影响不大而忽略不计,y2,yi,yo分别表示1/4车身质量、车轮质量的位移和路面的激励。根据牛顿第二定律，可写出图2所示系统的微分方程式：miy1=ki(yo・yi)-u(1)m2y2=u选取状态变量为xi=yI・yoX2=y2-yox3=yiX4=yi山上