基于电动助力转向系统的车辆主动悬架动力学仿真研究.doc

基于电动助力转向系统的车辆主动悬架动力学仿真研究摘要: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车辆主动悬架控制器的设计,在Matlab/simulink环境中建立相应的系统仿真模型,并对不同路面情况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控制策略设计的主动悬架系统,在车辆行驶平顺性和乘坐舒适性等方面都取得了很好的改善效果。Abstract:Throughestablishedthe1/4 vehiclemodel andrandomroad inputsystemmodeltodesign the PID vehicleactive suspensioncontroller,establishedsystemsimulationmodel intheMatlab/simulink,eleration curvesofthedifferent ,ApplicationofPIDcontrolstrategydesignofactivesuspensionsystem,(Electricpowersteering,EPS)和主动悬架(Activesuspensionsystem,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定,本文重点研究的是主动悬架系统,为电动助力转向系统研究提供理论依据和实验数据。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可调节,对不同的路面状况调节能力十分有限[1]。因此,现代汽车大都希望安装能根据不同路况自动调节的电子控制悬架系统,它可根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控制力,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、操纵的稳定性和乘坐舒适性。。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控制规律最基本的模型[3]。如果对主动悬架进行细致的研究,能够准确地预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迅速而有效的解决。尽管各种悬架结构不同,但研究来自不平路面激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,也无法用它来研究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征,如负载变化和悬架系统受力信息等,我们研究的主要是根据不同路面情况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。图1主动悬架两自由度1/4车模型目前对车辆主动悬架控制策略的研究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选择建立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控制结合起来,提高控制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定性与乘坐舒适性。1/4车模型的动力学特性可由微分方程描述为式(1)。(1)在式中:——是主动力输入;——轮胎质量(簧下质量);——是1/4车身质量(簧上质量);——发动机质量;——轮胎刚度系数;——被动悬架刚度系数;——被动悬架阻尼系数;——发动机底座刚度系数;——发动机底座阻尼系数;——路面输入;——轮胎位移;——车身位移;——发动机位移。、行驶速度、路面状况等行驶条件的变化产生主动控制达到自动调节悬架刚度的目的[5]。主动悬架的设计必须结合车辆运行的实际情况,因此,依据1/4车模型的动力学特性,定义主动悬架的控制策略可知在进行车辆的仿真研究时其主要研究的控制对象为车身垂直加速度,由式1的1/4车系统的动力学方程,在Simulink中可建立其仿真模型,如图2所示。[6]。当车辆行驶在路面上时,路面的不平度使其产生强迫振动,即路面不平度与垂直位移功率谱、垂直速度功率谱和垂直加速度的谱密度共同作用相关,它们都与路面的粗糙度及车速成正比。当频率指数恒定时,可建立积分白噪声的随机路面轮廓。可用式(2)