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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 基于电动助力转向系统的车辆主动悬架动力学仿真讨论摘要：通过建立 1/4 车辆模型和随机路面输入系统模型,进行了 PID 车辆主动悬架掌握器的设计,在 Matlab/simulink 环境中建立相应的系统仿真模型,并对不同路面情形下车身加速度曲线进行对比分析；通过仿真结果分析得到,应用PID 掌握策略设计的主动悬架系统,在车辆行驶平顺性和乘坐舒服性等方面都取得了很好的改善成效；Abstract: Through established the 1/4 vehicle model and random road input systemmodel
2、to design the PID vehicle active suspension controller, established system simulation model in the Matlab/simulink, and compared and analyzed the body acceleration curves of the different road conditions. By analyzing the simulation results, Application of PID control strategy design of active suspe
3、nsion system, can made very good improvement effect in vehicle ride comfort and ride comfort and so on. 电动助力转向 Electric power steering, EPS 和主动悬架 Activesuspension system, ASS是车辆的重要组成部分,直接影响到车辆行驶平顺性和操纵稳固,本文重点讨论的是主动 悬架系统,为电动助力转向系统讨论供应理论依据和试验数据；目前在汽车上应用较为广 泛的是被动悬架系统,由于弹簧刚度和减振器阻尼系数不行调剂,对不同的路面状况调剂才能非常有限
4、1；因此,现代汽车大都期望安装能依据不同路况自动调剂的电子掌握悬架 系统,它可依据不同路况来抑制不平路面造成的冲击,实时主动地调整和产生所需的悬架掌握力,以抑制车身的振动,使悬架处于最优减振状态2；它分为半主动式和主动式两大类；主动式悬架可使汽车的悬架特性依据道路状况和行驶状态与之相适应,从而保证汽车行驶的平顺性、操纵的稳固性和乘坐舒服性；1 系统模型建立1.1 主动悬架的动力学模型建立汽车悬架模型是进行性能分析和系统设计和基础；车辆的模型可简可繁,从 2 自由度的 1/4 车模型到复杂的 7 自由度整车模型都可以用来设计悬架；1/4 车模型是设计汽车可控悬架掌握规律最基本的模型3；假如对主动
5、悬架进行细致的讨论,能够精确地猜测悬架参数对车辆性能的影响,就需建立精确的整车模型；但精确的的大模型建立较为复杂且 各部件联系又较为紧密不能够使问题得到快速而有效的解决；尽管各种悬架结构不同,但讨论来自不平路面鼓励引起车体的垂直振动都可用1/4 车辆力学振动模型表示；这是由于,虽然 1/4 车模型没有包括汽车的整体几何信息,也无法用它来讨论汽车俯仰角振动和侧倾角振动,但它包含了实际问题中的绝大部分基本特点,如负载变化和悬架系统受力信息等,我们讨论的主要是依据不同路面情形引起的车体垂直振动；因此,可建立二自由度的 1/4 车模型进行问题的分析；图 1 所示为 1/4 车模型；A 1 / 6 名师
6、归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1 主动悬架两自由度 1/4 车模型目前对车辆主动悬架掌握策略的讨论都是建立在悬架系统数学模型基础上的,但由于精确的数学模型不易建立4；因此国内外学者大都挑选建立1/4 车的主动悬架机械模型,在此基础上生成车辆主动悬架系统的动力学方程；在此动力学方程上与PID 掌握结合起来,提高掌握系统的实时性和鲁棒性；将其与被动悬架相比有效地降低了车身加速度、轮胎的相对动载荷,提高了汽车的操纵稳固性与乘坐舒服性；述为式 1）；1/4 车模型的动力学特性可由微分方程描 1）在式中：是主动力输入；轮胎
7、质量 簧下质量）；是 1/4 车身质量 描述； 2）式中：；为单位白噪声；应用 MATLAB/Simulink 可以构建路面的随机输入,并在模型中的示波器中显示路面的不平度,如图 3 所示；a）积分白噪声随机路面模型 b）显示器显示的路面轮廓曲线 图 3 路面随机输入模型2 MATLAB/Simulink 掌握模型的建立2.1 主动悬架 PID 掌握器的设计对主动悬架的掌握是为了使汽车行驶的平顺性和操纵安全性更好,通常由 3 个方面的性能改善来作为评定标准 7,即车身垂直加速度,轮胎动载荷 及悬架动行程3 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 -
8、- - - - - - - - ；国外学者对悬架系统的优化设计都已进行了大量的讨论工作,Thoresson8和Baumal 9都以车辆的垂直方向加速度为目标,进行悬架参数的优化设计；本次讨论也选取车身垂直加速度为掌握对象,以减小车身加速度为目标,建立PID 掌握器使主动悬架掌握系统设计接近抱负状态即车身垂直加速度为零值；依据这一目标可得到传递函数的偏差为,即输出量 与目标值 0 之间的差,车速 是主动悬架掌握力,是作用于被控对象悬架并引起输出量 的变化,于是构建 PID 掌握模型如图 4 所示；图 4 PID 掌握模块 PID 掌握模块依据采集的信号输入量依据程序内置的算法对悬架系统发出掌握指
9、令,以便对悬架的 3 个参数指标作出相应的掌握；本文 PID 参数的整定采纳凑试法；依据、三个参数在系统中的作用,经多次试凑调整可以得到较抱负的仿真曲线,三个参数的参考值为：,；2.2 悬架系统仿真建模分析主动悬架掌握系统的仿真模型是在Simulink 环境中构建的,整个仿真系统包括悬架模型、随机路面输入模拟模型和已经封装好的掌握器被动、 PID ）模型及它们的连接,图5所示是整个掌握系统的整体模型；图 5 主动悬架掌握系统模型在图 5 中, Car 部分是悬架系统的模型；Noise 是扰动输入即随机路面；为了分析所设计的 PID 掌握系统的合理性,在本文中选取B 级路面和等级较差些的D 级路
10、面作为扰动输入；系统模型由两种掌握策略组成,即由被动掌握策略和PID 掌握策略；这两种掌握策略分别由两个子模块分别实现,将两个子模块分别连接到一个掌握开关 :1-5 2 刘栋 ,唐焱 ,顾慧芽 .汽车主动悬架掌握系统的进展讨论 J.液压气动与密封 .2022,5:21-24 3 孟杰 ,张凯 ,焦洪宇 .空气悬架的 MATLAB 和 ADAMS 的联合仿真讨论 J. 机械科学与技 术.2022,324:584-588 4 杨英 ,刘刚 ,赵广耀 .基于 ADAMS机械模型的车辆主动悬架掌握策略与仿真J.东北高校学报.2006,271:72-75 5 任 卫 群 , 金 国 栋 . 可 减 小
11、道 路 破 坏 性 的 车 辆 主 动 悬 架 设 计 J. 中 国 机 械 工程.2004,1522:2059-2063 6 杨英 ,刘刚 ,赵广耀 .基于 ADAMS机械模型的车辆主动悬架掌握策略与仿真J.东北高校学报.2006,271:72-75 7 兰波 ,喻凡 .车辅主动悬架LQG 掌握器的设计与仿真分析J.农业机械学报 .2004,351:13-18 8Thoresson M J,Uys P E,et al. Efficient optimisation of a vehicle suspension system, using agradient-based approximat
12、ion method, part1:mathematical modelingJ.Mathematical and Computer Modelling, 2022,50:1421-1436 9Baumal A E, McPhee J J,Calamai P H. Application of genetic algorithms to the design optimization of an active vehicle suspension systemJ.Comput Method Appl Mech Engrg,1998,163:87-94 10 陈龙 ,张金超 ,汪如尘等.全簧载质量范畴内超微型汽车悬架全局优化J. 江苏高校学报.2022,335:502-507 6 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页