半车模型汽车主动悬架系统控制器的设计与仿真研究

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1、2013年11月安阳工学院学报NOV．2O13第12卷第6期(总第66期)JournMofAnyangInstituteofTechnologyVo1．12No．6(Gen．No．66)半车模型汽车主动悬架系统控制器的设计与仿真研究张海涛’，王治平，王云霞，童云华(1．安徽机电职业技术学院汽车工程系，安徽芜湖241000；2．合肥科烨电物理设备制造有限公司，合肥230031)摘要：基于系统动力学理论建模半车模型主动悬架系统的动力学模型，采用分隔研究法，分别对1／4的垂直运动和1／2车体的俯仰运动进行独立控制，并叠加在一起来研究半车模型的整体控制；其次在M

2、ATLAB／Simulink中建立其相应的控制器模型和仿真模型。最后采用积分白噪声模型作为路面输入形式。然后结合半车模型主动悬架的系统仿真模型进行该系统动态特性仿真，并将主、被动悬架特性进行对比分析。仿真结果表明，相对于被动悬架主动悬架性能有明显改善。关键词：分隔研究法；独立控制；整体控制；悬架特性中图分类号：U461．4文献标志码：A文章编号：1673-2928(2013)06-0016—04汽车悬架系统作为现代汽车性能优劣的主要车模型车体质心位移，为俯仰角度，a为后轴到体现者，现在已经成为很多学者研究的对象。而原质心的距离，b为前轴到质心的距离，k，

3、。为前悬架有的汽车悬架系统主要是被动悬架．已不能满足刚度系数，c，为前悬架减震器的阻尼系数，M为前人们对汽车的舒适性要求。因此关于汽车半主动悬架的控制器的作用力，为前轴非簧载质量的悬架系统和主动悬架系统的研究已经成为热门课位移。为前轮地面的扰动输入位移，k为前轮胎题。将现代控制理论及其控制技术应用于汽车半刚度系数，k为后悬架刚度系数，c为后悬架减震主动悬架和主动悬架系统中，可获得具有良好的器的阻尼系数，：为后悬架的控制器作用力，为乘坐舒适性汽车悬架fl】。在汽车悬架控制系统的研后轴非簧载质量的位移，为后轮地面的扰动输究中，通常采用的控制方法有PID控制、

4、鲁棒控制、入位移，k为后轮胎刚度系数。最优控制、模糊控制等，其中PID控制容易实现，最优控制算法计算量小，需要测量的参数较少等优点。本文通过对半车模型主动悬架系统的分隔研究，首先是对其1／4车体模型的垂直运动形式的研究，并依据天棚阻尼原理设计器控制器。其次是对半车模型的俯仰运动形式进行研究，利用PID控制方法设计器阻尼器：最后叠加在一起来研究半图1半车主动悬架梗型车模型。通过对半车模型的分隔研究．可发现对于根据达朗贝尔原理可列出半车模型主动悬架半车模型汽车悬架系统在理论计算方法减少了很动力学运动微分方程，其中式(1)为1／2车体质心多，而且控制器的设计也

5、简便了很多，对于控制器运动微分方程，式(2)为俯仰角运动微分方程，式(3)在汽车上的实现提供了很大的简便。并且通过控为前悬架非簧载质量的运动微分方程，式(4)为后制器的设计与仿真分析，发现该方法在控制器的悬架非簧载质量的运动微分方程㈣。设计和应用方面对于汽车在不平路面的激励作用m十cl(l—f1)十C2(2一，2)十(1)下其乘坐舒适性有较好的改善。对于汽车悬架系kI(5l—

6、1)+k2(2一x，2)=I+2统的研究具有重要意义。I(l一l+2(2一2)口一(2)1主动悬架的半车模型建立ll一1)6+22一2=-u~b+uza汽车半车模型主动悬架模型如图

7、1所示。图f1Xtl+C订(fl—1)+k1(，1一1)+(3)中为半车模型车体质量，为转动惯量为半kf1(x¨一)=一1收稿日期：2013—09—08作者简介：张海涛(1985一)，男，安徽寿县人，安徽机电职业技术学院教师，硕士，研究方向：汽车理论及其应用技术。第六期张海涛，王治平，王云霞，等：半车模型汽车主动悬架系统控制器的设计与仿真研究17“t2+c2(2一X“输出变量m，2xs2)+七2(t2一Xs2)+(4)七，2(I2一2)=—’2。一。y=一[毒。，五一。一。．，。一。，一，：一：】设状态变量则系统的状态方程为：AX+BU=【，，妒，，。，

8、，t：，#：，Xr。，Xr：rlOk+kc暑1+c吐一一msm，mmm曼量墨：U：Usts00bkl-al【nbc。rac一一一J●J●J-J．一一：。：。00001：·’!’!、k。lc一mIl一鲁mll一警“一：：羔：”intiinti000lo’okC一om0m口一一立00000其中：=，lm3，为前悬架系统垂直控制振动的增益系数0对于半车模型前悬架系统加上天棚阻尼控制J．器以后，其相应的运动方程为式(7)所示：00mnxtl+cl(薯t—Is1)+l(xit—Xs1)+(7)l(l—Xr1)=一Ul01对式(7)进行拉氏变换后可得式(8)m口0C

9、slS丽+ksl0(8)Xt1s)n+(c咖+c1)+lo／1．2路面输入模型的