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摘要汽车悬架系统是整个汽车中非常重要的一个环节，它性能的好坏直接影响到汽车的平顺性和安全性，而主动悬架系统能使汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性和安全性得到很大程度的提高，因此，主动悬架系统是现代汽车的一个发展方向。本文分别对汽车的被动悬架系统和主动悬架系统建立了双轴四自由度的模型，列出了这两种模型的状态方程，并结合现代控制理论中的线性调节器理论对主动悬架的控制原理进行了分析。本人在分析悬架系统工作特性的基础上使用了c语言对MATLAB软件进行了二次开发，开发出的这套软件它能对不同型号的被动悬架系统和主动悬架系统汽车进行模拟仿真，并进行分析，因此命名为SAS软件(以下简称SAS)。利用SAS软件对被、主动悬架进行了模拟分析，根据模拟的结果对被动悬架和主动悬架汽车的性能进行了对比分析，并对其平顺性进行了评价。关键词:悬架、主动、被动、MATLAB模拟ABSTACTSuspensionsystemisoneofthemostimportantpartinthewholeautomobiles.Itsperformanceinfluencesdirectlyonridecomfortandsafetyofauto.Active-suspensionisabletoimprovegreatlytheperformancesofautosuchasridecomfort,securityandstability.Hencedevelopinganddesigningtheactive-suspensionistheimportantdirectioninthefuture.Inthepaper,Isetuptwofour-freedommodelsaboutpassivesuspensionandactive-suspensionofvehicles,andlisttheirstatespaceequations.Moreover,Ianalyzethecontrollingprincipleofactive-suspensionbyusingthemoderncontrollingtheory.IdevelopasetofsoftwarebasedontheMATLABsoftwarebyusingClanguageaccordingtosuspensionperformance.Itsmainfunctionsaretosimulatethepassive-suspensionandactivesuspensionaboutvehicleswhoseconstructionparametersarevariableandthenanalyzethesuspension.SoIcallthissoftwareSASsoftware(shortforSAS).UsingSASsoftware,Isimulatethepassive-suspensionandactive-suspension.Accordingtotheresultaftersimulating,Ianalyzeandcompareperformancesoftwokindsofsuspensions,andfurthermoreevaluatetheridecomfortonvehicles.Keywords:suspensionactivepassiveMATLABsimulation第一章绪论1.1悬架系统的功能、结构及分类汽车悬架系统是指车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称，也可以说是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力装置的总称。1.1.1汽车悬架的功能汽车悬架系统的基本功能可以总结为如下几点:①使车轮与地面有良好的附着性，使车轮动载变化较小，以保证车辆有良好的安全性;②缓和路面不平的冲击，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，保证车辆具有良好的操纵稳定性。1.1.2汽车悬架的结构悬架主要是由弹性元件、减振器、导向机构三部分组成，下图是汽车悬架的结构示意图。下面分别对这三个主要部分进行简要介绍:弹性元件构成:弹性元件一般由钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧这些部件中的一部分或者几部分组成。作用:由于汽车不可能行驶在绝对平坦的路面上，路面作用于车轮上的垂直反力，往往是冲击性的，特别是在坏路面上行使时，这种冲击力将达到很大的数值。这种冲击力传到车身和车架时，将可能引起汽车零部件的疲劳和损伤，这种冲击力传给乘客和货物时可能使货物受到损伤，使乘客感到疲劳和不舒适。为了缓和这种冲击力，尽量减少它对汽车零部件、乘客和货物的不利影响，在汽车行驶系中，除了采用弹性的充气轮胎以外，还在悬架中装有弹性元件，使车身(或者车架)和车轮(或者车桥)之间作为弹性联系。减振器结构及原理:汽车悬架系统中，一般都采用液力减振器。它的工作原理是:当车身与车轮作往复相对运动时，活塞在缸筒内作往复移动，减振器壳体内的油液便反复的从一个内腔通过一个狭小的孔隙流入另一个内腔。此时，孔壁与油液间的磨擦以及液体分子内的摩擦便形成了对振动的阻尼力，使车身与车轮的振动能量转化为热能，而被油液和减振器壳体所吸收，然后散发到大气中。减振器的阻尼力的大小随着车身与车轮的相对速度的增减而增减，并且与油液粘度有关，减振器的阻尼力越大，振动消除的越快，但是过大的阻尼力可能导致减振器连接部件及车身受到损坏。减振器的作用:汽车受到不平路面冲击后，将产生振动，这种持续的振动容易使乘员感到不舒适和疲劳，因此悬架中安装有减振器，使振动迅速衰减，以改善汽车的行驶平顺性。导向机构车轮相对于车架和车身跳动时，车轮(特别是转向轮)的运动轨迹应符合一定的要求，否则对汽车的某些行驶性能(例如操纵稳定性)有不利的影响。因此，悬架系统中的导向机构就是使车轮按一定的轨迹相对于车架和车身跳动。1.1.3汽车悬架的分类汽车的悬架尽管千差万别，但是按控制力学的角度来分可以分为主动悬架、半主动悬架和被动悬架。下面分别介绍一下各种悬架的特点。主动悬架所谓主动悬架系统是在控制环节中安装了能够产生上下移动力的装置。执行元件针对外力的作用，产生一个力来主动控制车身的移动和车轮受到的载荷，即路面的反作用力。主动悬架的功用可以主要的归纳为以下几点:①提高舒适性传统悬架系统需要在性能及舒适性间折衷协调。为了使转向时侧倾较小，要求较硬的弹簧，因而乘伞舒话性能就较差。性能与舒适性彼此矛盾。主动悬架用计算机独立的控制短个车轮，能够在任何时候，在车轮上产生符合要求的悬架运动。它不像任何软弹簧汽车那样，遇到大凹起时可以感觉到回弹或颠簸。②控制车身运动汽车制动时，作用在车身上的惯性力引起载荷向前移动，造成弹簧的变形，引起车身前倾。加速时则情况恰好相反，作用在车身上的惯性力引起载荷向后移动，造成弹簧的变形，引起车身后倾。当汽车转弯时，离心力的作用使弹簧受到一个力矩作用，产生变形，引起车身向外侧倾。主动悬架在汽车制动、加速和转弯时产生了与惯性力相反的力，减少了车身位置的变化，控制了车身的运动。为了达到以上的功能，在设计主动悬架结构时，就必须考虑到以下三个方面:①具有能产生作用力的动力源;②执行元件能够传递这种力，并且能够进行连续控制;③具有反馈控制系统，包括微机、信号处理器和多种传感器。根据各传感器传出的输出信号进行运算和处理，以决定控制内容。主动悬架系统大致可以分为液压和电子控制两大部分。电子系统装备的各种传感器能及时的测量出汽车运行的状态。设置有由悬架所提供的抵消相应的车辆干扰所需的能量(液压能)装置，以及能够有效控制车辆姿态为目的而设置于各轮的执行元件，由这些装置所组成的理想悬架，能缓冲和吸收路面所引起的振动，而且，无论在何种路面上行驶和无论怎样进行驾驶操纵，悬架都能主动适应状态变化。半主动悬架半主动悬架也称为无源主动悬架，它是由无源但可控的阻尼及弹性元件所组成，悬架的参数在一定范围内，可以任意调节，以获得最优的减振性能。相对于无源主动悬架而言，主动悬架是采用有源可控元件组成的一个闭环控制系统，故又可以称为有源主动悬架。被动悬架汽车在行驶过程中，路面不平或汽车转弯都会使汽车受到冲击，引起悬架变形，这时弹簧起了减缓冲击的作用，同时在弹簧释放能量时，就会产生振动。为了衰减这种振动，在悬架上采用了减震器，由于这种悬架作用是外力引起的，所以称为被动悬架。被动悬架为传统悬架，目前大部分汽车使用的是被动悬架。1.2国内外悬架发展概况:在国外，随着汽车工业的发展、汽车制造技术的进步，汽车性能越来越好，但是人们对汽车的平顺性也提出了更高的要求。因此在七十年代和八十年代，能极大改善汽车平顺性的各种主动悬架、半主动悬架便应运而生。早在1982年，瑞士的Volvo公司在Volvo740轿车上就用了实验性的Lotus有源主动悬架。日本的丰田汽车公司在Soaren轿车的车轮上采用了可调减振器。三菱公司也生产了能调节车高和改变阻尼的电子主动控制主动悬架。1987年初BMW,Lancia、Roll、Royeed等高级轿车就悬架系统中安装了自动调vi阻尼的电控减振器同时，英国的阿姆斯特朗公司(Arnistrong)也研制了一套自适应悬架系统。西德在90年代推出的Omga轿车上，也装置了阻尼可控的无源主动悬架。但由于安装有主动悬架的汽车生产成本较高，制造工艺较复杂，因此，在目前主动悬架还没有被各大汽车生产厂家大面积的广泛采用。现在世界上各汽车生产厂家所生产的汽车绝大部分安装的仍然是被动悬架(也称为传统悬架)。这是由于这种悬架的制造工艺已经成型，结构优化设计的手段己趋成熟，并月它的制造成本较低，安装和维修较方便，因此使用传统悬架的汽车仍然占主流。虽然主动悬架系统己经应用到国外汽车生产厂家生产出来的汽车上，但是目前在国内还没有哪一家汽车生产厂家把主动悬架应用于他们生产出来的汽车上。1.3本课越研究的目的、意义及内容悬架是现代汽车上重要的总成之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性等多项性能都有很大的影响，因此一个性能优良的悬架系统，它对提高汽车的品质有着非常重要的意义。目前大部分汽车上使用的都是由减振器和阻尼器组成的传统悬架，它的弹性和阻尼参数不会随着汽车的运动状态变化而变化，因此存在一个它自身无法克服的矛盾:它支撑车身的重量时需要较高的阻尼系数，而当它要隔绝路面不平度对汽车的干扰时又需要悬架系统具有较低的阻尼系数。虽然对此悬架系统进行结构优化设计，可以缓和这个矛盾，但仍然无法从根本上解决这个问题。为了克服传统悬架对其性能改善的限制，目前在一些现代汽车上采用了主动悬架，它用力发生器代替了减振器和阻尼器，并根据系统的运动状态进行最优的反馈控制。这样它就较好的解决了这个矛盾。本论文对汽车悬架系统建立了接近整车实际性能的1/2车辆模型，尤其是对主动悬架系统的控制原理和方法着重进行了论述。这对进一步研究汽车的悬架尤其是主动悬架，提供了方便和借鉴作用。为了分析和评估一个汽车的舒适性和安全性时，必须对汽车悬架系统的性能进行测试，而目前国内生产汽车的厂家对汽车做这种实验时，基本上都是使汽车在实际路面上进行驾驶，然后用测量仪和传感器测量出判断汽车平顺性的一些参数，再根据这些参数进行分析和评价。这种实验方法需要花费一定的时间，这样就延长了汽车的开发周期，并且这种实验方法还需要一些人力和物力，这样也提高了汽车的开发成本。本人利用目前在控制领域非常流行的软件一一MATLAB5.2对汽车的悬架系统进行了模拟仿真，按照实际路面的情况进行模拟，并根据模拟仿真的结果对悬架系统进行了进一步地分析和研究。本软件具有较强的实用价值和可操作性，对汽车设计人员分析汽车(包括主动悬架和被动悬架)的性能提供了极大的帮助。1．4本课题所做的主要工作:本人在撰写毕业论文的过程中所做的一些工作可以大致归纳为以下几点:1．对汽车悬架系统进行了理论上的分析和研究，并针对被动悬架(传统悬架)和主动悬架这两个系统建立了1/2车辆模型，并对模型进行了详细地分析，包括系统状态方程的建立以及对系统的稳定性、可测性和可控性