悬架结构设计

JIANGSUUNIVERSITY本科毕业论文主动悬架的最优控制理论OptimalControlTheoryofActiveSuspension学院名称：汽车学院专业班级：交通运输0602学生姓名：刘高君指导教师姓名：张孝祖指导教师职称：教授2010年6月I目录第一章绪论...........................................11.1汽车悬架的历史及发展概况.......................11.2国内、外对主动、半主动悬架的研究现状...........3第二章汽车悬架控制系统的概述.........................62．1汽车悬架的结构................................62．2汽车悬架控制系统的类型........................62．2．1被动控制悬架...............................72．2．2半主动控制悬架.............................72．2．3主动控制悬架...............................72．3汽车悬架控制系统的控制方法....................82．3．1最优控制...................................82．3．2自适应控制.................................82．3．3模糊控制...................................92．3．4神经网络控制...............................9第三章悬架系统设计分析..............................103．1悬架的组成...................................103．1．1弹性元件..................................103．1．2减振器....................................113．1．3导向机构..................................113．2悬架设计的性能要求...........................123．3悬架设计目标参数的选择.......................13II3．4悬架设计性能评价指标的选择...................143．4．1不舒适性参数即车身加速度(ACC).............143．4．2悬架动行程(SWS)...........................143．4．3轮胎动载荷(DTL)...........................143．5本章小结.....................................15第四章汽车主动悬架的最优控制及其仿真................174．1仿真技术.....................................174．1．1MATLAB软件介绍...........................174．1．2仿真环境介绍..............................174．2主动悬架系统的车辆动力学模型.................184．3被动悬架的动力学模型.........................234．4仿真结果分析与比较...........................264．5汽车悬架系统指标的相互制约关系...............304．5．1车身加速度与轮胎动变形之间的制约关系......304．5．2悬架动挠度与轮胎动变形的制约关系..........314．5．3车身加速度与悬架动挠度的制约关系..........314．6本章小结.....................................31第五章总结与展望....................................33参考文献:............................................36致谢.................................................37附录.................................................38III主动悬架的最优控制专业班级：交通运输0602学生姓名：刘高君指导老师：张孝祖职称：教授摘要悬架是现代汽车的重要组成，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通用性及汽车寿命等多种使用性能有很大影响。随着计算机技术的发展，计算机控制开始被应用到汽车悬架的刚度和阻尼控制中，即主动悬架和半主动悬架，汽车主动和半主动悬架研究的一个重要课题就是采用什么控制方法使汽车达到一个最优控制，且悬架的车身加速度、动挠度和轮胎的动载荷满足要求，能保证汽车在各种行驶情况下的行驶安全。过去的二三十年间，人们在车辆悬架控制系统方面做了许多理论研究工作，并有大量的文献发表。车辆主动悬架设计的关键任务之一，就是要寻求一个能够为车辆提供良好性能的控制律。尽管许多学者提出了各种不同的控制理论，但广泛应用于主动悬架设计中的应是随机线性二次最优理论[1]。本文对随机线性最优控制进行重点介绍:针对主动悬架控制系统建立1／4车体的悬架模型方程，采用一个滤波白噪声作为路面输入模型，得出其状态空间方程，并用matlab仿真得出汽车悬架控制的三个性能指标（车身加速度、动挠度、动载荷）的幅频特性曲线，将得出的主动悬架系统的三个性能指标跟被动悬架系统进行仿真试验对比。最后，利用仿真系统求出三个不同系统的悬架性能标的均方根植，并作出比较。从而为主动悬架控制的最优控制提供一条新的思路。关键词：主动悬架最优控制幅频特性均方根植IVOptimalControlTheoryofActiveSuspensionAbstractSuspensionisanimportantcomponentofmodernautomotive，ithasagreatinfluenceinItsridecomfort,handlingandstability,versatilityandlongevityofavarietyofperformancecars.Withthedevelopmentofcomputertechnology,Computercontrolbegantobeappliedtothevehiclesuspensionstiffnessanddampingcontrol,theactivesuspensionandsemi-activesuspension,animportantresearchtopicofAutomotiveactiveandsemi-activesuspensionishowtocontrolthevibrationofthecartoaminimum,andsuspensiondeflectionandtiredynamicloadtomeettherequirements,guaranteedcardrivingsituationsinavarietyofdrivingsafety.Overthepast23years,peoplehavedonealotoftheoreticalresearchinthevehiclesuspensioncontrolsystem,andalargenumberofdocumentspublished.OneofthekeytasksofVehicleactivesuspensionsystemistofindagoodperformancetothevehiclescontrollaw.Althoughmanyscholarshaveproposedavarietyofcontroltheory,thebesttheoryofstochasticlinearquadraticshouldbewidelyusedinactivesuspensiondesign.Inthispaper,optimalcontrolofstochasticlinearhighlights:Foractivesuspensioncontrolsystemsetup1/4thebodyofthesuspensionmodelequations,usingafilterwhitenoiseastheroadinputmodel,Cometothestatespaceequation,andwecangettheamplitude-frequencycharacteristiccurveofthethreevehiclesuspensioncontrolperformance（bodyacceleration、deflection、dynamicload）obtainedbytheMatlabsimulation.Wewillcometocomparethethreeactivesuspensionsystemswithapassivesuspensionsystemperformancesimulationexperiments.Finally,wewillobtainthesubjectrootmeansquareplantofthreedifferentsystemsbythesimulationsystem,andtocompare.Thustheoptimalcontrolofactivesuspensioncontroltoprovideanewwayofthinking.Keywords:ActiveSuspensionOptimalcontrolAmplitude-frequencycharacteristicsRMSplant1第一章绪论1.1汽车悬架的历史及发展概况从1886年德国人戴姆勒制造了世界上第一辆汽车开始，汽车工业经历了100多年的发展历史。现代汽车的性能、安全性和舒适性早已超出了前人所想象的程度。车辆在行驶过程中。轮胎和悬架的性能对乘坐舒适性和操纵稳定性的影响最大。路面激励经轮胎及悬架传至乘员，直接影响着车辆乘坐的舒适度，但由于轮胎结构参数改变有限，所以改进车辆乘坐舒适性的研究，就主要集中在悬挂系统动态特性上。1934年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。20世纪40年代，汽车悬架由工字形系统改变为长短臂系统，70年代末至80年代初，在前轮驱动的轿车上，麦弗逊(Macpherson)撑杆式悬架又取代了长短臂悬架系统。传统的被动汽车悬架主要由弹性元件、减振器及稳定杆组成，其中弹性元件、减振器和轮胎的综合特性，决定了汽车的形式性、操纵性和乘坐的舒适性。被动悬架的模型如图1.1所示。由于弹性元件、减振器均是决定刚度的元件，它们对路面状况和汽车的行驶状况(如汽车直线行驶时的加速和制动，汽车转弯)的适应性均受到了很大的局限。因此，近年来的轿车越来越多地采用横臂式独立悬架(烛式和麦弗逊式)、纵臂式独立悬架(单纵臂式和双纵臂式)和车轮沿主销移动的悬架(烛式和麦弗逊式)。尽管这些悬架可使汽车的有关性能得到较大的最优化折衷处理，但由于被动悬架的参数是根据经验或优化设计的方法确定的，参数在行驶过程中保持不变，所以很难适应各种复杂路况，并且减振的效果也较差。被动悬架主要应用于中低档轿车上，现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，比如桑塔纳、夏利、赛欧等车；而现代轿车的后悬架的形式较多，主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架。随着道路交通的不断发展，1954年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出开发兼顾舒适性和操纵稳定性的主动悬架。主动悬架的模型如图1.2所示。它在被动悬架的基础上，增加可调节刚度