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汽车半主动悬架模糊控制研究

赵开林  
【摘要】: 悬架系统是汽车实现操纵稳定性和乘坐舒适性的重要机械结构。按控制力可将其划分为被动悬架、半主动悬架和全主动悬架。传统的被动悬架系统设计参数一旦优化确定后就无法动态改变,难以使汽车具有良好的平顺性。主动悬架需要靠外加作用力实现对悬架的控制,因此会提高车辆的能耗,增加车辆的自身重量。由弹性元件和阻尼可调减振器组成的半主动悬架有耗能少,易实现等优点,可以改善汽车行驶的平顺性和操作稳定性。半主动悬架既克服了被动悬架系统的缺陷,又使实现成本降低,成为汽车技术中的研究热点之一。 汽车悬架系统是一个复杂的非线性系统,常规的控制策略应用于汽车悬架系统具有一定的局限性。因为采用常规的线性控制方法难以达到预期的最优性能,为了更好地逼近实际系统,获得更好的控制效果,需要寻找更有效的控制策略。而模糊控制器能适用于复杂非线性系统。与传统的自适应系统相比,在满足更为苛刻的性能要求的同时,还适用于更广泛的系统及环境的不确定性。本文对半主动悬架特性进行了分析,在此基础上,研究了模糊控制方法。 文中以汽车半主动悬架系统为研究对象,在对汽车及悬架系统性能分析的基础上,首先建立四分之一车二自由度悬架数学模型和道路模型,并推导出悬架动力学方程和状态方程,提出了适用于半主动悬架系统的模糊逻辑控制,以控制输出信号动态改变可调阻尼器的阻尼系数从而达到自适应减振控制的目的。在此基础上,将悬架系统进行了实际台架试验,试验结果表明物理模型的试验数据与数学模型的仿真数据基本吻合,说明文中所提出的四分之一车二自由度悬架数学模型模型是正确的。最后采用我国常见的B级路面作为激励信号,根据前面所建立的数学模型,利用Matlab/Simulink建立了动态模型,并进行计算机仿真,与被动悬架就簧载质量加速度、轮胎动载荷、悬架动挠度这些性能指标进行了对比分析。分析结果证明了半主动悬架系统比传统的被动悬架具有更好的减振性能,同时也说明了该控制策略可行,能够明显地改善舒适性。 上述研究工作对于汽车电子控制系统和悬架半主动控制的研究有重要的参考价值,为半主动悬架系统在国产汽车上的实际应用提供了很好的依据,并为今后进一步开展汽车动力学性能的研究和计算机控制奠定了理论基础。


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