基于ADAMS_MATLAB联合仿真的汽车悬架半主动控制_李韶华

第19卷第10期

系统仿真学报?V ol. 19 No. 10 2007年5月Journal of System Simulation May, 2007

基于ADAMS-MATLAB联合仿真的汽车悬架半主动控制

李韶华1,2，杨绍普2，李皓玉1,2

（1.北京交通大学机械与电子控制工程学院, 100044 北京; 2.石家庄铁道学院 050043, 河北石家庄）

摘要：利用ADAMS建立了随机激励四分之一汽车悬架模型，利用MATLAB设计了一种基于改

进Bingham模型的汽车半主动控制策略，然后进行ADAMS-MATLAB联合仿真，深入研究了被动

控制、半主动开关控制及基于改进Bingham模型的半主动控制的效果。研究发现，采用所提出的

基于改进Bingham模型的半主动控制策略后，汽车悬架系统的车身加速度、悬架变形、车轮动载、

车轮侧滑移分别比被动控制下降27%、17.6%,、9.7%、18.6%，而半主动开关控制只比被动控制

下降19.6%、9.2%、7.4%、9.3%。这说明所提出的基于改进Bingham模型的半主动控制策略大

大优于其他两种控制策略。

关键词：汽车悬架；半主动控制；改进Bingham模型；ADAMS；MATLAB

中图分类号：TP391.9; U463.33 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2007) 10-2304-04 Investigation on Semi-active Controlled Vehicle Suspension

Based on Adams-Matlab Co-simulation

LI Shao-hua1,2, YANG Shao-pu2, LI Hao-yu 1,2

(1.School of Mechanical and Electronic Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;

2. Shijiazhuang Railway Institute, Shijiazhuang 050043, China)

Abstract: A 1/4 vehicle suspension model with stochastic road excitation was built by ADAMS. A semi-active vehicle control strategy on revised Bingham model was designed by MA TLAB. Then effects of passive control, semi-active on-off control and semi-active control on revised Bingham model were investigated based on ADAMS-MATLAB co-simulation. It is found that compared to passive suspension, the proposed semi-active control on revised Bingham model can reduce the vehicle suspension system’s body acceleration, suspension deformation, wheel force, and wheel by 27%,17.6%,9.7%,18.6%, but the semi-active on-off control can only reduce these parameters by 19.6%,9.2%,7.4%,9.3%. This shows that the proposed semi-active control on revised Bingham model is much better than the other two control strategies.

Key words: vehicle suspension; semi-active control; the revised Bingham model; ADAMS; MATLAB

引言

汽车悬架是一个复杂的非线性系统，对于汽车悬架半主动控制的研究起步较早，成果非常丰富[1-3]。但是，以往对汽车半主动控制的研究大多基于简单的线性化数学模型，与实际物理模型有较大差别，研究结果不能完全反映真实情况。

近年来，多体动力学成为汽车工程领域最活跃的建模理论，可对汽车这一复杂系统建立精确力学模型。ADAMS软件是最具代表性的多体动力学应用软件，现已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天和铁道等众多领域，并与许多国际著名公司如Ford、BMW、NASA等合作开发了专用设计模块。国内外一些学者开始尝试利用多体模型进行控制系统的研究。Hou baolin利用ADAMS和MATLAB联合仿真研究了具有磁流阻尼器的整车模型的天棚控制策略，并指出虚拟样机技术是研究磁流变系统复杂特性的一种有效方法[4]。支

收稿日期：2006-04-07 修回日期：2007-01-05

基金项目：国家自然科学基金资助项目(10672107); 河北省自然科学基金资助项目(E2005000507)。

作者简介：李韶华(1973-), 女, 河北人, 讲师, 博士生, 研究方向为车辆工程; 杨绍普(1962-), 男, 河北人, 教授, 博导, 研究方向为非线性系统动力学及控制; 李皓玉(1971-), 女, 河北人, 副教授, 硕士, 研究方向为汽车路面耦合系统动力学。龙基于模糊控制的汽车主动悬架模型，用ADAMS和MATLAB进行了联合控制仿真，但只给出了车身位移的控制效果，未对车身加速度、车轮动载等重要参数进行仿真[5]。王其东建立了汽车的多体动力学方程，提出了半主动悬架模糊神经网络控制方法，并在仿真研究的基础上进行了试验研究，但研究中采用的是常规的五自由度离散模型，未建立汽车悬架的虚拟样机模型[6]。马岳峰利用ADAMS建立了轿车整车动力学模型，基于MATLAB建立了控制系统模型，通过联合仿真对各种工况下的车轮转速和车身加速度进行了仿真，但未对悬架变、车轮动载等重要参数进行仿真[7]。

本文通过ADAMS/CONTROL 模块与MATLAB的接口实现了基于汽车悬架多体模型的半主动控制研究。首先利用ADAMS建立了四分之一汽车悬架的虚拟模型，并生成了随机路面激励[8]。然后通过ADAMS/CONTROL模块与MATLAB的接口将机械系统输入到MATLAB中，并对此机械系统模型进行了被动控制、半主动开关控制及基于改进Bingham模型[9]的半主动开关控制三种情况的控制系统设计。最后进行了ADAMS-MATLAB联合仿真，对比了各种控制策略的效果。结果表明，所提出的基于改进Bingham模型的半主动开关控制策略大大优于开关控制和被动控制。

2007年5月 李韶华，等：基于ADAMS-MATLAB 联合仿真的汽车悬架半主动控制 May, 2007

1 汽车悬架系统的虚拟建模

1.1 汽车悬架多体模型

本文利用ADAMS/View 直接对双横臂式1/4汽车前独立悬架进行建模[10]。

模型包括主销、上横臂、下横臂、拉臂、转向拉杆、转向节、车轮、车身、测试平台9个零件，2个旋转副，3个球副，1个移动副，3个固定副，1个万向节副，1个点-面约束副，1个虚约束副，1个铰驱动，所建模型如图1示。系统的自由度数为9×6-2×5-3×3-1×5-3×6-1×4-1×1-1×3-1×1=3，分别代表车身的垂向运动、车轮的垂向运动和侧滑移。汽车悬架阻尼力用单向力表示，通过定义

不同的函数可分别表示被动控制、开关控制和采用改进Bingham 模型的阻尼力。

车身

车轮

悬架弹簧

上横臂

下横臂 转向节

主销

测试平台

转向拉杆点-面约束副 移动副，铰驱动

球副

旋转副

万向节副

虚约束副

图1 1/4汽车前悬架模型

1.2 随机路面激励的模拟

路面激励采用随机激励。由于汽车隔振系统的作用，汽车对某些频率路面激励的响应较小，因此选择路面激励频率的上下界为空间频率0.01~2.8 m -1，对应的时间频率为0.5~28Hz ，对应的车速为35 ~180 km/h 。这种情况下的路面功率谱为：

?????

><≤≤=?8.201.008.201.0)

)(()(200n n n n n n G n G q q 或 (1)

其中，n 为空间频率，n 0空间参考频率, G q (n 0)为n 0下的路面谱值。

本文取n 0 = 0.1m -1

, G q (n 0)=256 (对应C 级路面)。根据文献[8]，选择采样频率间隔l ?=0.1m ，采样点数N = 20560，空间频率间隔n ?= 0.000048m-1，车速v = 15m/s 。

由式(1)可计算出离散功率谱密度G q (n k ) (k = 0,1,2…10280)。然后由下式可得到路面不平度在空间域上的离散数据。

))(2(

)(1k j k q e n G l

N

f l q φ?=? (2)

其中，φk 为0~2π之间的随机数。

最后，根据l = vt 将空间域数据变换到时间域，即可得到路面不平度在时间域上的离散数据。

本文利用Matlab 编程生成了C 级路面不平度曲线，如图2示。将这些数据导入ADAMS 中生成多义线，并把测试平台的直线驱动函数定义为此多义线，从而实现了虚拟汽车前悬架模型随机路面激励的构造。

1020

3040506070

t /s

q (t ) /m

图2 C 级路面不平度

2 半主动控制系统建立

本文通过ADAMS/CONTROL 模块与MATLAB 的接口实现了基于虚拟样机模型的汽车悬架半主动控制的研究。对前面建立的汽车悬架虚拟模型定义两个输出变量(车身绝对速度和车身与上横臂之间的相对速度)和一个输入变量(车体与上横臂之间的SFORCE 作用力)。通过ADAMS/CONTROL 模块将汽车悬架虚拟模型输入到MATLAB ，然后再基于此模型进行控制系统设计。根据输入到ADAMS 系统的SFORCE 作用力的不同，本文共设计了三种控制系统：

(1) 被动控制系统

此时的汽车悬架阻尼力为

d F CV = (3) 其中，V 是阻尼器的活塞和柱筒的相对速度，C 是粘性阻尼系数。

(2) 半主动开关控制系统 此时的汽车悬架阻尼力为 ????

?<×≥×=0

05.00body body d V V CV

V V CV F (4)

其中，V body 是车体的绝对速度，其它符号同前。汽车悬架多体模型的半主动开关控制框图，如图3示。

(3) 采用改进Bingham 模型的半主动控制系统

汽车悬架中的非线性阻尼最常见的形式是磁流变阻尼(MRF)和电流变阻尼(ERF)。在美国，磁流变阻尼器的研究和开发已经进入实用阶段，并有成熟的产品问世。Bingham 塑性模型是预测MRF 阻尼系统响应的最常用的模型，其表达式为：

1sgn()d y F C V F V =+ (5)

2007年5月 系

统 仿 真 学 报 May, 2007

1.4 0.07 C 0.05C

Switch

damp

V

Product1

Product1

adams_sub

Vbody

图3 半主动开关控制框图

其中，C 1MRF 是的粘性阻尼系数，F y 是控制力。

我们把开关控制与改进Bingham 模型相结合，提出了一种基于改进Bingham 模型的半主动控制策略，其表达式为

1010sgn()'0sgn()

'0y d y C V F V V V F C V F V V V +?>?=?++

min 00y body y y body F V V F F V V ×≥?=?×

其中，V ’是阻尼器的活塞和柱筒的相对加速度，V 0是磁流变阻尼器的零力速度。

该模型如图4示，从图中可见此模型具有明显的滞后非线性特性。

磁流变阻尼器的阻尼力由粘滞阻尼力C 1V 和库仑阻尼力

F y sgn(V -V 0)两部分组成。阻尼器参数及磁流变液

的性质确定后，粘滞阻尼力只与阻尼器活塞和柱筒的相对速度有关，是不可控的。而库仑阻尼力与励磁电流有关，因此可通过调节励磁电流的大小方便地控制F y 的大小，从而改变磁流变阻尼力，实现MRF 汽车悬架的半主动控制。这种基于改进Bingham 模型的MRF 汽车悬架半主动控制框图，如图5示。

3 联合仿真

汽车悬架虚拟模型与控制框图设计完成之后，即可通过ADAMS/CONTROL 模块与MATLAB 的接口进行ADAMS- MATLAB 联合仿真。

选取控制系统参数：

1max min 01400/,500/,150,5,5/y y C N s m C N s m F N F N V m s =?=?=== 选取前悬架系统参数：

车身质量330kg ，悬架刚度15000N/m ；车轮质量29.2kg ，车轮前束角0.2°，车轮自由半径375mm ，左右轮距1.65m ；

damp

velo

cevelo

150Fy1Fy2

5Switch Product

Product2

Product1

0.511

C1

adams_sub

5

Sign

Product3

V0

Sign1 Derivative 图5 基于改进Bingham 模型的半主动控制框图

主销长度330mm ，主销后倾角10°，主销后倾角2.5°，上横臂长度350mm ，下横臂长度500mm 。

设置仿真时间6s ，步长0.001秒，绝对误差差10-6，采用MATLAB 自带的变步长龙格-库塔法数值积分函数ode15(stiff / NDF)进行数值积分。 然后把联合仿真的结果文件*.res 导入ADAMS/Posprocessor 后处理模块，即可对仿真结果进行分析比较。

三种控制方式(被动控制、半主动开关控制和基于改进Bingham 模型的半主动控制)下的车身加速度、悬架变形、

轮胎动载荷和车轮侧滑移的时程曲线如图6-9示。为了更清楚地比较各种控制策略的效果，计算出图6-9中各参数的均方根值，如表1示。

/

m ﹒

passive:acce.Q

onoff:acce.Q MRF:acce.Q

2.01.00.0-1.0

-2.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

a /m /s ^2 t/s

图6 车身加速度

passive: deformation.Q

onoff: deformation.Q MRF: deformation.Q

50.0

40.030.020.010.00.0-10.0-20.0-30.0

-40.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

d /m m

t/s

图7 悬架变形

2007年5月 李韶华，等：基于ADAMS-MATLAB 联合仿真的汽车悬架半主动控制 May, 2007

Fw /N 1.51.00.5

0.0

-0.5

-1.0-1.5-2.0

-2.5

passive:wheelforce.Q

onoff: wheelforce.Q MRF: wheelforce.Q

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

F w /k N

t/s

图8 轮胎动载荷

15.010.05.00.0-5.0

-10.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

z /m m

t/s passive:Sideways.Q

onoff:Sideways.Q MRF:Sideways.Q

图9 车轮侧滑移 表1 各参数的均方根值

参数 被动 控制

开关控制

下降 磁流变 控制 下降 车身加速度a/mm.s

-2

642.8 517.1

19.6%

469.4

27.0%

悬架变形d/mm 19.3 17.59.2% 15.9 17.6%轮胎动载Fw/N 306.3 283.5

7.4% 276.6 9.7%

车轮侧滑移Z/mm 4.3 3.9 9.3%

3.5

18.6%

从图6-9和表1可以看出，

(1) 传统的半主动开关控制可使车身加速度下降19.6%，对汽车行驶平顺性有明显的控制效果。但对悬架变形、轮胎动载荷和车轮侧滑移的控制效果较小。

(2) 基于改进Bingham 模型的半主动控制对悬架变形和车轮侧滑移的控制效果最佳，大大优于半主动开关控制。对车身加速度和轮胎动载荷的控制效果也明显优于半主动开关控制。

因此，本文提出的基于改进Bingham 模型的半主动控制

可大大降低车轮的侧滑移，从而提高汽车行驶的安全性。另外，基于改进Bingham 模型的半主动控制还可以明显降低车身加速度、悬架变形和车轮动载荷，从而改善汽车行驶的平顺性，减小汽车行驶对路面的破坏作用。

4 结论

本文基于ADAMS 和MATLAB 联合仿真对随机激励下四分之一汽车悬架多体模型，进行了半主动控制研究。提出了一种基于改进Bingham 模型的半主动控制策略，并对被动控制、半主动开关控制及基于改进Bingham 模型的半主动控制的效果进行了仿真。结果表明，这种基于改进Bingham 模型的半主动控制大大优于开关控制和被动控制，可有效改善汽车行驶的安全性和平顺性。由于所建模型更加接近实际的物理模型，研究结果可为以后的样车实验提供借鉴。

参考文献：

[1] Yao G Z, Yap F F, Chen G. MR damper and its application for

semi-active control of vehicle suspension system [J]. Mechatronics (S0957-4158), 2002, 12(7): 963-973.

[2] 申永军. 采用磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统研究 [D].

石家庄: 石家庄铁道学院, 2001.

[3] 翁建生, 胡海岩. 基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统模糊半主动

控制 [J]. 南京工业大学学报, 2002, 23(1): 57-61.

[4] Hou Baolin, Goncalves F D, Sandu C, Ahmadian M. Dynamic

simulation of a full vehicle with magneto-rheological damper [C]// American Society of Mechanical Engineers, Design Engineering Division, Proceedings of the ASME Design Engineering Division. American Society of Mechanical Engineers: New York. 2004. [5] 支龙, 昌放辉, 陈立平, 张云清. 汽车半主动悬架的ADAMS 和MA

丁LAB 联合仿真 [J]. 自动化与仪表, 2004, 19(6): 43-45.

[6] 王其东, 陈无畏, 张炳力. 基于多体模型的汽车半主动悬架控制方

法研究 [J]. 机械工程学报, 2004, 40(1): 104-108.

[7] 马岳峰, 刘昭度, 宋明, 张景波. 轿车ASR 的ADAMS/CAR 和

MATLAB 联合仿真 [J]. 计算机仿真, 2005, 22(4): 100-104. [8] 刘献栋, 邓志党, 高峰. 公路路面不平度的数值模拟方法研究 [J].

北京航空航天大学学报, 2003, 29(9): 843-846.

[9] Yang Shaopu, Li shaohua. A Hysteresis Model For MR Damper [J].

International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation (S1565-1339), 2005, 6(2): 139-144.

[10] 李军, 邢俊文, 覃文洁. ADAMS 实例教程 [M]. 北京: 北京理工大

学出版社, 2002.

汽车主动安全和被动安全

汽车安全对于车辆来说分为主动安全和被动安全两大方面。主动安全就是尽量自如的操纵控制汽车。无论是直线上的制动与加速还是左右打方向都应该尽量平稳，不至于偏离既定的行进路线，而且不影响司机的视野与舒适性。这样的汽车，当然就有着比较高的避免事故能力，尤其在突发情况的条件下保证汽车安全。被动安全是指汽车在发生事故以后对车内乘员的保护，如今这一保护的概念已经延伸到车内外所有的人甚至物体。由于国际汽车界对于被动安全已经有着非常详细的测试细节的规定，所以在某种程度上，被动安全是可以量化的。 汽车安全之主动安全设备篇 盘式制动器 盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动，制‘动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。 盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，以加速通风散热和提高制动效率。 防抱死制动系统(ABS) ABS是Anti-lockBrakingSystem缩写。世界上最早的ABS系统是首先在飞机上应用的，后来又成为高级轿车的标准配备，现在则大多数轿车都装有ABS。 众所周知，刹车时不能一脚踩死，而应分步刹车，一踩一松，直至汽车停下，但遇到急刹时，常需要汽车紧急停下来，很想一脚到

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整理得： x b C s xb ss s x w s x b s s x m b m b m b C s K s K s K t x b s x b s x b s t x b m w m w m w 1) 式中： C s 为悬架阻尼， K s 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： U x g 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： X AX BU C s C s K s K s m b m b m b m b K t C s C s K s K s K s A B m w m w m w m w m w 1 0 0 0 1 x w x g x b x w ]T 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式， 即： Y CX DU 其中： Cs Cs Ks Ks 0 m b m b m b m b D1 C0 0 0 1 1 1 1.2 被动悬架系统的 建立 m b C s 其中， A 为状态矩阵， B 为输入矩阵，其值如 下： 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即：

汽车半主动悬架系统

传统的悬架系统的刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，根据这些参数设计的悬架结构，在汽车行驶过程中，其性能是不变的，也是无法进行调节的，使汽车行驶平顺性和乘坐舒适性受到一定影响。故称传统的悬架系统为被动悬架系统。如果悬架系统的刚度和阻尼特性能根据汽车的行驶调节（车辆的运动状态和路面状况等）进行动态自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态，则称为主动悬架。 主动悬架系统按其是否包含动力源可以分为全主动悬架（有源主动悬架）和半主动悬架（无源主动悬架）系统两大类。 全主动悬架 全主动悬架是根据汽车的运动状态和路面状态，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。它是在被动悬架（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控作用力的装置。通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4部分组成。执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为发生器或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁等）。测量系统的作用是测量系统各种状态，为控制系统提供依据，包括各种传感器。控制系统的作用是处理数据和发出各种控制指令，其核心部件是电子计算机。能源系统的作用是为以上各部分提供能量。 半主动悬架 目前，主流的半主动悬架不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼，因此它无动力源且只由可控的阻尼元件组成。由于半主动悬架结构简单，工作时几乎不消耗车辆动力，而且还能获得与全主动悬架相近的性能，故有较好的应用前景。 半主动悬架按阻尼级又可以分成有级式和无级式两种。 （1）有级式半主动悬架它是将悬架系统中的阻尼分为两级、三级或更多级，可由驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择悬架所需要的阻尼级。也就是说，可以根据路面条件（好路或坏路）和汽车的行驶状态（转弯或制动）等来调节悬架的阻尼级，使悬架适应外界环境的变化，从而可以较大幅度地提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。 半主动悬架中的三级阻尼可调减振器的旁路控制阀是由调节电动机来带动阀芯转动，使控制阀孔具有关闭，小开和大开3个位置，产生3个阻尼值。该减振器应用于OPEL SENTOR 和OPELGA轿车上。 （2）无级式半主动悬架它是根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内有最小变到最大进行无级调节。

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整理得： ??? ? ?? ?+--+-+-+-=-+-+-+-=g w t b w t s b w s b w s b w s w b b s b b s w b s b s b x m K x m K K x m K x m C x m C x x m K x m K x m C xb m C x （1） 式中：s C 为悬架阻尼，s K 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： []w b w b x x x x X = g x U = 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： BU AX X += 其中，A 为状态矩阵，B 为输入矩阵，其值如下： ?????? ?? ? ?????????---- -= 00 1 001w s s w s w s w s b s b s b s b s m K K m K m C m C m K m K m C m C A ???? ?? ????????=000w t m K B 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即： T w b g w b x x x x x Y ][--= 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式，即： DU CX Y += 其中： ??? ?? ? ? ???????---=11001000b b b b m Ks m Ks m Cs m Cs C ???? ? ?????-=010D 1.2 被动悬架系统的建立 如图2所示，

汽车主动安全技术之EDB

汽车主动安全技术之EBD EBD的英文全称是Electric Brakeforce Dis-tribution 。EBD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。 汽车制动稳定性直接影响到汽车安全，而制动稳定性与制动时车轮是否抱死以及前后车轮的抱死顺序密切相关。前轮抱死车辆将失去转向能力，后轮抱死则会发生侧滑甚至甩尾，后果更严重。理想的前后桥制动力分配曲线(简称I线) 如图2-1所示，它只与汽车的总重及质心位置有关，因此空载和满载时的I 曲线是不同的。实际上前后桥上的制动力分配是由前后制动器的大小决定的，因此它只能是一条直线即β线。 图2-1汽车前后桥制动力分配曲线 传统的汽车制动系统通常都通过在前后轴制动管路间增加一个比例阀来限制后轴的制动力，以避免制动时后轮先发生抱死侧滑，从而获得如下图所示的制动力分配曲线，但后桥的附着利用率仍然不是最好，其附着损失见图2-2中阴影部分 图2-2带比例阀的前后桥制动力分配曲线图2-3带EBD的前后桥制动力分配曲线EBD 采用电子技术替代传统的比例阀来控制汽车液压制动系统的前后桥制

动力分配，其基本思想:尽可能增大后轮制动力，由传感器监测车轮的运动情况，一旦发现后轮有抱死趋势，电子控制器控制液压制动器降低制动压力。由于 EBD 调节频率高、调节幅度小、控制精确，可使β线始终位于 I 线下方且无限接近于 I 线(图2-3所示)。因此 EBD 在保证制动稳定性的同时，使后轮获得了最大制动力，从而提高了整车的制动效能。 随着汽车工业的飞速发展和高速公路的迅速延伸, 汽车的行驶速度越来越快, 对汽车行驶安全性的要求也愈来愈高, 改善汽车的制动性能始终是汽车设计、制造部门的重要任务。汽车制动防抱死系统(ABS)和电子制动力分配系统(EBD)在汽车上的开发成功, 使汽车的制动性能得到质的飞跃。ABS解决了汽车紧急制动时附着系数的利用，并可获得较好的制动方向稳定性及较短的制动距离，然而它不能解决制动系统中的所有缺陷。在车轮滑移率还没有达到ABS的控制范围时，作用在四个车轮上的制动压力同时一致增大，然而前后车轮上的垂直载荷发生了转移，前后车轮达到最佳滑移的时间并不一致，这时ABS系统对地面附着力的利用并没有达到最大。因此ABS就进一步发展衍生出了电子制动力分配系统（EBD）。EBD是ABS的一种辅助系统，在ABS系统的基础上增加了功能。装载有EBD的汽车性能要远高于只有ABS的汽车，见图2-4。 图2-4有无EBD时车辆制动性能对比图 EBD 相对于 ABS 并没有任何硬件上的附加，而只是控制程序、功能上的优化与增强，甚至可以说 EBD 是 ABS 衍生出的辅助功能，通过改进，增强ABS 电脑软件控制逻辑，使运算功能更复杂，在一些汽车的产品说明书上就是以“ABS+EBD”来标明。汽车工程师们除了在编著电脑运算程序时需增加一定的控制程序之外，并没有过多的硬件投入。EBD 在制动时能根据车辆各个车轮的运动状态，智能分配各个车轮制动力大小，以维持车辆在制动状态下的平稳与方向。而且，即使 ABS 失效，EBD 也能保证车辆不会出现因甩尾而导致翻车等恶性事件的发生。 EBD 在汽车制动时即开始控制制动力，而 ABS 则是在车轮有抱死倾向时开始工作。ABS 与 EBD 都是对作用在车轮上的力矩进行控制，能防止车轮相对于

主动悬架LQG最优控制设计

主动悬架LQG最优控制设计 吕福麟 113085234379 摘要：根据汽车行驶性能的要求，建立二自由度的1/4汽车动力学模型，利用最优控制理论对主动悬架的LQG（Linear Quadratic Gaussian）控制器进行设计，运用MATLAB/simulink对模型仿真，对比主动悬架与被动悬架在控制效果上的差别。仿真结果表明，具有LQG控制器的主动悬架可以明显的提高汽车行驶的操稳性能。 关键词：主动悬架；LQG控制器；MATLAB/simulink；仿真结果ABSTRACT：According to the requirement of the vehicle driving performance,a 2-degree-of-freedoms 1/4 car dynamic model was build.LQG(Linear Quadratic Gaussian) controller for active suspension was designed with the optimal control law,MATLAB/simulink was used to simulation the model,compared the difference of control performance with active suspension and passive suspension.The result of simulation show that it could improve the car driving handling and stability with LQG controller. Key Words:active suspension,LQG controller,MATLAB/simulink,simulation result 1前言 传统的悬架主要由弹性元件、减震器和导向装置组成，他们的阻尼和刚度已经确定就不便于调节，而且只能在特定的路面激励和特定的车速下才能达到最优控制，灵活性较差。不能满足人们对驾驶舒适性和操纵稳定性的要求。为了解决这个问题，主动悬架控制渐渐得到发展，他与被动悬架的主要区别在于可以根据不同路面激励和行驶状况，自行调节车辆的动态，从而满足人们对行驶的要求。本问就是在此基础之上研究主动悬架的最优控制。 2 2自由度1/4车辆模型的建立

汽车主动悬架控制系统的发展研究

目录 1 引言 (1) 2 汽车悬架系统的类型和应用 (1) 2.1 被动悬架 (1) 2.2 主动悬架 (2) 2.3 半主动悬架 (2) 3 主动悬架控制系统国内外研究现状 (2) 4 汽车悬架的控制策略 (3) 4.1 天棚阻尼与开关阻尼控制 (3) 4.2 随机线性二次最优控制 (3) 4.3 模糊控制 (4) 4.4 神经网络控制 (4) 4.5 预测控制 (4) 4.6 滑模变结构控制 (5) 4.7 复合控制 (5) 5 控制方法的展望 (5) 5.1 注重控制策略的综合运用 (5) 5.2 注重汽车其他系统与主动悬架系统的联合控制研究 (5) 5.3 注重悬架系统模型的降阶研究 (6) 6 结论 (6) 参考文献： (6)

汽车主动（半主动）悬架控制系统的 研究发展 1引言 汽车主动悬架目前是国内外研究的热点问题，研究的关键技术主要在控制策略的选择上及执行器的研发方面。国外由于成本问题，一些油气主动悬架也仅限用在一些高级轿车上，国内在此方面还处在研发及试验阶段，离主动悬架系统普遍使用在轿车上的时代还较远。 2汽车悬架系统的类型和应用 悬架是车架与车桥之间一切传力装置的总称，它的主要功用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺行驶。衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性; 即乘坐舒适性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求。由于被动悬架的刚度和阻尼系数是固定的，无法根据不同的使用要求自适应地改变，在结构设计上只能是满足平顺性和操纵稳定性之间矛盾的折衷。 为服这个缺陷，国外在五十年代提出了“主动悬架”的概念。主动悬架的特点是能根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。主动悬架包控制单元和力发生器，力发生器的作用下使悬架的特性得到控制，如同改变了悬架的刚度和阻尼系数，其中最关键的是控制算法的优劣。 2.1被动悬架 被动悬架, 由弹性元件和不可变参数的减振器组成, 只能在特定工况下达到最优, 缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性。被动悬架是传统的机械结构，由弹簧、减震器和导向机构组成。被动悬架的刚度和阻尼系数均不可调，只能在特定的工况下达到最优减振效果，存在明显的共振峰，难以同时获得良好的乘坐舒适性和操纵稳定性，缺乏灵活性。但被动悬架因结构简单、设计容易和制造方便，且无须额外的能量输入，目前在中低档轿车上应用最为广泛[1]。为了进一步改善被动悬架的减振效果,满足现代汽车对悬架提出的更高的性能要求，在桑塔纳、夏利和赛欧等轿车上加强了通过优化寻找最优悬架参数和对悬架导向机构的研究，采用了带有横向稳定杆的多连杆机构悬架系统，在一定程度上改善了被动悬架减振效果。

汽车主动安全控制方法

(1)随着科技的进步，汽车的安全被细化，目前汽车安全分为主动安全、被动安全两种概念[1]。交通安全问题已成为世界性的大问题。全世界每年因交通事故死亡的人数约50万，汽车的安全性对人类生命财产的影响是不言而喻的。随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度也相应加快，加之汽车数量增加以及交通运输日益繁忙，汽车事故增多所引起的人员伤亡和财产损失，已成为一个不容忽视的社会问题，汽车的行车安全更显得非常重要[2]。传统的被动安全已经远远不能避免交通的事故发生，主动安全的概念慢慢的行成并不断的完善。 (2)为预防汽车发生事故，避免人员受到伤害而采取的安全设计，称为主动安全设计，如ABS，EBD，TCS，LDWS等都是主动安全设计。它们的特点是提高汽车的行驶稳定性，尽力防止车祸发生。其它像高位刹车灯，前后雾灯，后窗除雾等也是主动安全设计。目前安全技术逐渐在完善，有更多的安全技术将被开发并得到应用[3,4]。 ①ABS(防抱死制动系统)——它通过传感器侦测到的各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率，由此了解车轮是否已抱死，再命令执行机构调整制动压力，使车轮处于理想的制动状态(快抱死但未完全抱死)。对ABS功能的正确认识：能在紧急刹车状况下，保持车辆不被抱死而失控，维持转向能力，避开障碍物。在一般状况下，它并不能缩短刹车距离。 ②EBD(电子制动力分配系统)——它必须配合ABS使用，在汽车制动的瞬间，分别对四个轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出摩擦力数值，根据各轮摩擦力数值的不同分配相应的刹车力，避免因各轮刹车力不同而导致的打滑，倾斜和侧翻等危险。 ③ESP(电子稳定程序)——它实际上也是一种牵引力控制系统，与其它牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且控制从动轮。它通过主动干预危险信号来实现车辆平稳行驶。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会放慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会放慢内后轮，从而校正行驶方向。 ④EBA(紧急刹车辅助系统)——电脑根据刹车踏板上侦测到的刹车动作，来判断驾驶员对此次刹车的意图，如属于紧急刹车，则指示刹车系统产生更高的油压使ABS发挥作用，从而使刹车力更快速的产生，缩短刹车距离。 ⑤LDWS(车道偏离预警系统)——该系统提供智能的车道偏离预警，在无意识（驾驶员未打转向灯）偏离原车道时，能在偏离车道0.5秒之前发出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。 ⑥胎压监控——美国国家公路交通安全管理局(NHTSA) 已经做出要求，截止2003产品年车重小于或达到4536公斤的所有美国乘用车辆都必须配备胎压监控系统，事后宝马公司就已经把该系统用在全系轿车中。驾驶者可以通过车内提示警告系统来判断轮胎胎压情况是否正常，首先避免了因轮胎亏气出现的行车跑偏，其次在高速行驶时也对乘坐者安全是一种保障。 ⑦倒车警告/倒车影像/车外摄像头——倒车警告这项技术用于在驾驶期间以及驻车时，针对您盲区中的轿车或物体向您发出警告。通常，该系统会在您行车时已经进行响应；它可能会使后视镜内的一个警告标示进行闪烁，同时会发出声音警告，该系统是一个短程检测系统。如：上海通用别克君越车内后视镜就配备此功能，反光镜左边会有一个车体形状的图标，前/后雷达在侦测障碍物时警告

车辆主动悬架最优控制讲课稿

车辆主动悬架最优控 制

车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声)(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2）

式中： ????????????? ?--=00 01000 000010101 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 ?∞ +-+-=022*******])()([dt Ru x x q x x q J (4) 或写为 ?∞ +=0 2][dt Ru QX X J T (5) 其中 ?????? ??? ???=00 000000000001 2 q q Q 这里，q 1——轮胎动变形加权系数

汽车主动悬架控制系统的发展研究

目录 1引言1 2汽车悬架系统的类型和应用1 2.1被动悬架1 2.2主动悬架2 2.3半主动悬架2 3主动悬架控制系统国内外研究现状2 4汽车悬架的控制策略3 4.1天棚阻尼与开关阻尼控制3 4.2随机线性二次最优控制3 4.3模糊控制4 4.4神经网络控制4 4.5预测控制4 4.6滑模变结构控制5 4.7复合控制5 5控制方法的展望5 5.1注重控制策略的综合运用5 5.2注重汽车其他系统与主动悬架系统的联合控制研究5 5.3注重悬架系统模型的降阶研究6 6结论6 参考文献：6

汽车主动（半主动）悬架控制系统的 研究发展 1引言 汽车主动悬架目前是国内外研究的热点问题，研究的关键技术主要在控制策略的选择上及执行器的研发方面。国外由于成本问题，一些油气主动悬架也仅限用在一些高级轿车上，国内在此方面还处在研发及试验阶段，离主动悬架系统普遍使用在轿车上的时代还较远。 2汽车悬架系统的类型和应用 悬架是车架与车桥之间一切传力装置的总称，它的主要功用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺行驶。衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性; 即乘坐舒适性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求。由于被动悬架的刚度和阻尼系数是固定的，无法根据不同的使用要求自适应地改变，在结构设计上只能是满足平顺性和操纵稳定性之间矛盾的折衷。 为服这个缺陷，国外在五十年代提出了“主动悬架”的概念。主动悬架的特点是能根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。主动悬架包控制单元和力发生器，力发生器的作用下使悬架的特性得到控制，如同改变了悬架的刚度和阻尼系数，其中最关键的是控制算法的优劣。 2.1被动悬架 被动悬架, 由弹性元件和不可变参数的减振器组成, 只能在特定工况下达到最优, 缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性。被动悬架是传统的机械结构，由弹簧、减震器和导向机构组成。被动悬架的刚度和阻尼系数均不可调，只能在特定的工况下达到最优减振效果，存在明显的共振峰，难以同时获得良好的乘坐舒适性和操纵稳定性，缺乏灵活性。但被动悬架因结构简单、设计容易和制造方便，且无须额外的能量输入，目前在中低档轿车上应用最为广泛[1]。为了进一步改善被动悬架的减振效果,满足现代汽车对悬架提出的更高的性能要求，在桑塔纳、夏利和赛欧等轿车上加强了通过优化寻找最优悬架参数和对悬架导向机构的研究，采用了带有横向稳定杆的多连杆机构悬架系统，在一定程度上改善了被动悬架减振效果。

汽车主动安全技术论文

《汽车文化》结课论文论文题目：汽车主动安全技术 班级：11023801 专业：生物工程 姓名：万伟玮 学号：1102380117 序号：24 2013 年 5 月 11 日 成绩评定表 平时 论文 内容 总成绩摘要 参考文献 字数

汽车主动安全技术 摘要：交通安全问题已成为世界性的大问题。据报道，全世界每年因交通事故死亡的人数约50万，因此汽车的安全性对人类生命财产的影响是不言而喻的。随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度也相应加快，加之汽车数量增加以及交通运输日益繁忙，汽车事故增多所引起的人员伤亡和财产损失，已成为一个不容忽视的社会问题，汽车的行车安全更显得非常重要。 关键词：主动安全技术；智能；弊端。 正文： 一、汽车主动安全技术的背景与发展趋势 随着社会的发展，交通安全问题越来越凸显，传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，传统的安全理念很被动比如安全带、安全气囊、保险杠等多是些被动的方法并不能有效解决交通事故的发生，随着科技的进步，汽车的安全被细化，目前汽车安全分为主动安全、被动安全两种概念。 主动安全是指能够避免车祸发生的安全保护装置，而被动安全是指在车祸发生之后保护乘员生命安全的装置。显而易见，传统的被动安全已经远远不能避免交通的事故发生，因此主动安全的概念慢慢的行成并不断的完善。 汽车安全设计要从整体上来考虑，不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的机率，而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶员避免事故的发生。而被动安全技术和主动安全技术是保证汽车乘员安全的重要保障。过去，汽车安全设计主要考虑被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够主动采取措施，避免事故的发生。在这种汽车上装有汽车规避系统，包括装在车身各部位的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施，由计算机进行控制。在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。另外在计算机的存储器内还可存储大量有关驾驶员和车辆的各种信息，对驾驶员和车辆进行监测控制。例如，根据日

车辆主动悬架最优控制

车辆主动悬架的控制研究 悬架就是汽车的重要装置之一,它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统,对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前,汽车上普遍采用的就是弹性元件与减震器组成的常规悬架,从控制力学的角度,将这种悬架称为被动悬架。实践与研究结果都表明,常规悬架受到许多限制,即使采用优化方法来设计也只就是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制,在汽车中采用与发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制,使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点就是能够主动提供能量,与传统被动悬架相比,其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3、3所示,图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为: ?????---==)(01..11..22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架,且为了便 于与被动悬架的比较分析,选取与被动悬架模型 相同的输入信号,路面激励仍为选白噪声)(t ω, 根据微分方程组(1),建立如下所示的状态方程与 输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 (2) 式中: ??????????????--=0001000000010101m k A t ;????????????????-=121010m m B ;????????????=0100D ; ??????????=010*********C ;??????????????=0012m E 汽车悬架可认为就是一种连续线性的随机最优控制系统,由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标就是二次函数积分型的调节器问题,外界干扰就是高斯白噪声,综合性能指标为: dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞+=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器,问题仍就是寻找最优控制)(t u ,使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一就是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应,计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中,为提高汽车的操纵稳定性与行驶平顺性,应使簧载质量垂直加速度、悬架

汽车悬架系统综述

汽车悬架系统综述 现代汽车中的悬架有两种，一种是从动悬架，另一种是主动悬架。 从动悬架即传统式的悬架，是由弹簧.减振器（减振筒）.导向机构等组成，它的功能是减弱路面传给车身的冲击力，衰减由冲击力而引起的承载系统的振动。其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器的主要作用是衰减振动。由于这种悬架是由外力驱动而起作用的，所以称为从动悬架。 而主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置，采用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的倾斜力。由于这种悬架能够自行产生作用力，因此称为主动悬架。 主动悬架是近几年发展起来的，由电脑控制的一种新型悬架，具备三个条件：（1）具有能够产生作用力的动力源； （2）执行元件能够传递这种作用力并能连续工作；（3）具有多种传感器并将有关数据集中到微电脑进行运算并决定控制方式。因此，主动悬架汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。 例如装置了主动悬架的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬架系统的中枢是一个微电脑，悬架上有5 种传感器，分别向微电脑传送车速.前轮制动压力.踏动油门踏板的速度.车身垂直方向的振幅及频率.转向盘角度及转向速度等数据。电脑不断接收这些数据并与预

先设定的临界值进行比较，选择相应的悬架状态。同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽动，从而能在任何时候.任何车轮上产生符合要求的悬架运动。因此，桑蒂雅桥车备有多种驾驶模式选择，驾车者只要扳动位于副仪表板上的“正常”或“运动”按钮，轿车就会自动设置在最佳的悬架状态，以求最好的舒适性能。 另外，主动悬架具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬架会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。例如德国奔驰2000 款CL 型跑车，当车辆拐弯时悬架传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度，电脑根据传感器的信息，与预先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将多大的负载加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。 汽车主动悬架悬架结构。 悬架作用悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆.筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”.加速“抬头”以及左右侧倾严重

车辆主动悬架最优控制

悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图所示，图中u为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 （2） 式中： ；；；； 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制，使目标函数J取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q、R阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 (4) 或写为 (5) 其中 这里，q——轮胎动变形加权系数1 q——悬架动扰度加权系数2式中第一、二项为误差指标，表示在～∞整个时间内系统实际状态与平衡之间的误差总和。这一积分越小，说明控制误差越小，性能越好。积分式中第三项为能量指标，表示在～∞整个时间内支付能量的总和。系统状态转移是考控制u(t)来进行的，为要使系统误差很小，则需要支付很大的能量代价。最优反馈 增益系数矩阵式可写成 (6) 式中，增益值k~k有明确的物理意义。k可等效于一放置于簧载和非簧载质量间的弹簧，114改变 k则影响簧载质量的固有频率；k作用于簧载质量的绝对速度上，影响其悬挂阻尼；k312大小涉及轮胎变形，对车轮的垂直弹跳频率产生影响；k作用于非簧载质量的速度上，影响4其非悬挂阻尼。 主动悬架系统的能控性，能观测性二、．

基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真

《现代控制理论及其应用》课程小论文 基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真 学院：机械工程学院 班级：ＸＸＸＸ（XX） 姓名：X X X 2015年6月3号 河北工业大学

目录 1、研究背景 (3) 2、仿真系统模型的建立 (4) 2.1被动悬架模型的建立 (4) 2.2主动悬架模型的建立 (5) 3、LQG控制器设计 (6) 4、仿真输出与分析 (7) 4.1仿真的输出 (7) 4.2仿真结果分析 (9) 5、总结 (10) 附录：MATLAB程序源代码 (11) （一）主动悬架车辆模型 (11) （二）被动悬架车辆模型 (12) （三）均方根函数 (13)

1、研究背景 汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器组成,是车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称,也是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切力传递装置的总称,其主要功能是使车轮与地面有很好的附着性,使车轮动载变化较小,以保证车辆有良好的安全性,缓和路面不平的冲击,使汽车行驶平顺,乘坐舒适,在车轮跳动时,使车轮定位参数变化较小,保证车辆具有良好的操纵稳定性。 (a)被动悬架系统(b)半主动悬架系统(c)主动悬架系统 图1 悬架系统 汽车的悬架种类从控制力学的角度大致可以分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架3种（如图1所示）。目前,大部分汽车使用被动悬架,这种悬架在路面不平或汽车转弯时,都会受到冲击,从而引起变形,这时弹簧起到了减缓冲击的作用,同时弹簧释放能量时,产生振动。为了衰减这种振动,在悬架上采用了减振器,这种悬架作用是外力引起的,所以称为被动悬架。半主动悬架由可控的阻尼及弹性元件组成,悬架的参数在一定范围内可以任意调节。主动悬架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。随着电控技术的发展，微处理器在车辆中的应用已经日趋普遍,再加上作动器、可调减振器和变刚度弹簧等重大技术的突破,使人们更加注对主动悬架系统的研究。 车辆悬架的特性可以从车身垂直加速度,悬架动行程以及轮胎动位移来研究。本文对主动悬架采用LQG最优设计策略,利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,分别对被动悬架与主动悬架建立动力学模型,并对两种悬架的仿真结果做了详细的比较分析与说明。

汽车半悬挂系统建模与分析(现代控制理论大作业)

XX大学 现代控制理论 ——汽车半主动悬架系统的建模与分析 姓名：XXX 学号：XXXX 专业：XXXX

一． 课题背景 汽车的振动控制是汽车设计的一个重要研究内容，涉及到汽车的平顺性和操纵稳定性。悬架系统是汽车振动系统的一个重要子系统，其振动传递特性对汽车性能有很大影响。因此设计性能良好的悬架系统以减少路面激励的振动传递，从而提高汽车的平顺性和操纵稳定性是汽车振动控制研究的重要课题。 悬架系统是汽车车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支撑系统，用于支撑车身，改善乘坐舒适度。而半主动悬架是悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节控制的悬架。 目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构，通过传感器检测到汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度，由ECU 根据控制策略发出脉冲控制信号实现对减振器阻尼系数的有级可调和无级可调。 二． 系统建模与分析 1.1 半主动悬架系统的力学模型 以二自由度 1/4半主动悬架模型为例，并对系统作如下假设： (1) 悬挂质量与非悬挂质量均为刚体； (2) 悬架系统具有线性刚度和阻尼； (3) 悬架在工作过程中不与缓冲块碰撞； (4) 轮胎具有线性刚度，且在汽车行驶过程中始终与地面接触。 综上，我们将该系统等效为两个质量块M ，m ；两个弹簧系统Ks ，Kt ；一个可调阻尼器（包含一个常规 阻尼器Cs 和一个变化阻尼力F ），如图1所示。 图1 系统力学模型 1.2 半主动悬架系统的数学模型 由减振器的简化模型得:N S =-+F C V F 对m 进行分析：()211201122()t s s d z dz dz m K z z K z z C F dt dt dt ?? =------ ??? 即：()()1011212()t s s mz K z z K z z C z z F =------ 对M 进行分析：2212122 ()s s d z dz dz M K z z C F dt dt dt ?? =-+-+ ??? 即：()()21212s s Mz K z z C z z F =-+-+

车辆主动悬架最优控制

车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声 )(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2） 式中： ????????????? ?--=00 01000 00001010 1 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调 节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优 控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比