汽车悬挂系统的减振仿真研究

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1、·现代设计与先进制造技术·袁海涛尹志宏李锁斌汽车悬挂系统的减振仿真研究47汽车悬挂系统的减振仿真研究袁海涛，尹志宏，李锁斌(昆明理工大学机电学院，云南昆明650093)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象，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。关键词：主动悬挂；线性最优控制理论；仿真；MATL

2、AB／SIMULINK中图分类号：U463．33文献标识码：A文章编号：1672—1616(2010)03—0047—03悬挂系统是指车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称，悬挂系统直接影响着汽车的安全性、稳定性和舒适性，是汽车的重要组成部分之一。汽车悬挂系统按有无外加能源供给，可分为主动悬挂系统和被动悬挂系统l1J。本文对主动悬挂系统(a)主动悬挂系统(b)被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，结合车辆动力学原图1主、被动悬挂系统结构示意图理，推导了一种基于最优控制理论的主动悬架控制个正比

3、于绝对速度负值的主动力[，就可以无需方法。对系统做较大的变化来实现一个优质的隔振系统。1主、被动悬挂系统减振特点分析2基于线性最优控制理论的汽车主图1中k2为被动悬挂系统的悬挂刚度，C为动悬挂系统控制方法研究悬挂系统的阻尼系数，m为车身质量。图1(a)所由上文分析可知，结构简单和工作可靠是无源示的悬挂系统称为被动悬挂系统，这种悬挂系统没被动减振的主要优点，然而它的减振效果是很有限有能源供给装置，且该装置的弹性阻尼系数是不变的_3J。鉴于此，有必要对主动悬挂系统作进一步的，阻尼与质量m的速度有关，因此在振动过程中的研究。阻尼会消耗振动系统

4、的能量，从而起到减振的作2．1控制方法的选择用。被动悬挂系统有以下特点：悬挂系统支撑车身控制方法是主动悬挂系统的核心技术之一，国质量并随路面运动，为了支撑车身质量，这时需要内外学者提出了自适应控制、预见控制、滑模控制、一个阻尼系数很大的“硬悬挂”；隔绝随机路面不平自校正控制、最优控制理论、模糊控制和神经网络度对汽车的扰动，显然，这时为了隔绝因路面不平控制等方法[4-6]。其中最优控制理论基础比较完而引起的颠簸，悬挂支撑需要一个阻尼系数很小的善，其最大优点是不必根据要求的性能指标确定系“软悬挂”，但是当阻尼系数很小时，车身很容易出统闭环极

5、点的位置，只需根据系统的响应曲线找出现共振现象。由此可知，被动悬挂系统在解决这两合适的状态变量和控制变量的加权矩阵，使系统性个矛盾时，显得力不从心。能指标函数即目标函数-，最小。图1(b)所示的悬挂称为主动悬挂系统，它是主动悬挂系统的状态方程大多具有线性形式：由传感器、控制器和执行器组成的，如果控制器能=Ax+Bv通过传感器的信号而发出指令，使发生器能产生一式中：A为，zX，z系统矩阵；B为7zXr控制矩阵；收稿日期：2009—09—28作者简介：袁海涛(1981一)，男，河北邯郸人，昆明理工大学硕士研究生，主要研究方向为系统动力学。4

6、82010年2月中国制造业信息化第39卷第3期为维状态矢量；v为r维控制矢量。加约束后性由此可得出系统的状态方程为能指标函数，为：主=Ax+Bu+Ew(2)rt1式中：J=I去·[TQ十'，Rv+2xTNv]dtJt10010q式中：Q为状态变量的加权矩阵；R为控制变量的00011加权矩阵；N为交叉项的权重。这里应注意：要求A=k1系统为线性定常系统，且要求系统完全能控；优化m1000fI’1后的闭环系统是渐近稳定的。0000d2．2主动悬挂系统动力学方程的建立及线0性二次型最优控制器的设计0由于}j前的悬挂形式主要是独立悬挂，而二自1

7、B=，E=，叫Y0，由度】，／4车辆模型能较好地描述汽车独立悬挂系m10统的实际情况，故取1／4车辆模型作为主动悬挂系10m2统优化控制的研究对象，模型如图2所示。E为扰动输入矩阵。在确定目标函数时，应考虑到汽车的平顺性和操纵稳定性，悬挂系统弹簧的动扰度(Y1一Y2)会黔影响到汽车的平顺性，且车轮与路面间的动载荷会嚣影响汽车操控稳定性；从实现控制的角度看，应使所需的控制能量较小，综合以上几种因素，目标函数可写为rooJ=l[Ru+ql(0一Y1)+q2(2一Y1)]dtJ0(3)图2主动悬挂系统结构示意图图2中2为1／4车身质量；】为车

8、轮质量；或可写成=一Kx表示悬挂对车身或车轮的作用力；K为-，=So[xTQX+Ru2]d(4)维行向量；愚．为车轮弹性系数，车轮的阻尼由于经验证系统是能控的，其中影响不大而忽略不计，Y2，1，Y0分别表示