半主动悬架的车辆侧倾分析和控制

发布时间：2017-08-25 19:03

  本文关键词：半主动悬架的车辆侧倾分析和控制

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【摘要】：随着高速公路里程及乘用车数量的快速增长,道路安全事故呈不断上升的趋势,尤其侧倾稳定性低的车辆易在高速行驶情况下发生侧翻,带来很大的人身威胁和财产损失,引起了人们的极大关注和重视,因此人们对车辆的行驶平顺性能及侧倾稳定性能提出了更高的要求。根据路况和车辆行驶状态进行实时控制的主动悬架不仅可以提高车辆行驶平顺性、乘坐舒适性,又能加强侧倾稳定性,增大车辆运行安全性。但鉴于主动悬架复杂的结构及昂贵的成本和被动悬架性能的不足,在被动悬架的基础上并联减振器的半主动悬架成为研究的方向之一。磁流变阻尼器可以通过输入一定的电流,结合路面输入、车况及好的控制方法,以毫秒级的响应产生期望的阻尼力实现最优阻尼调节,达到良好的减振效果。因此磁流变阻尼器作为半主动悬架减振器的主要结构形式是目前研究的热点之一。本文选用磁流变阻尼器半主动悬架为研究对象,首先建立了磁流变阻尼力的Bouc-Wen模型、随机路面激励模型、1/2车被动及半主动悬架模型。其次选择了两种经典的控制算法,模糊PID控制及最优控制。模糊PID控制是以半车车身侧倾角加速度误差及误差变化率为单一输出反馈变量,建立模糊控制和PID控制的复合控制器,并进行参数的整定及优化。最优控制以车身侧倾角、质心加速度等六个输出变量为控制目标,针对半主动悬架模型进行最优控制器的设计及增益矩阵的计算。最后在Matlab/Simulink仿真软件中搭建半主动悬架模型及控制系统的仿真模型,并在不同行驶车速条件下、不同等级随机路面输入进行性能仿真和对比分析。仿真结果表明,具有最优控制策略的磁流变阻尼器半主动悬架对于由于行驶车速及路面输入引起的车辆垂直方向振动及侧倾运动有一定的改善,可以在一定程度上减小车辆侧倾角加速度,有助于增大车辆侧倾稳定性。
【关键词】：半主动悬架 侧倾 模糊PID控制 最优控制
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 问题的提出7
• 1.2 悬架系统概述7-10
• 1.2.1 悬架系统分类7-9
• 1.2.2 磁流变阻尼器半主动悬架概述9-10
• 1.3 车辆防侧倾控制概述10-11
• 1.3.1 侧倾的危害性10
• 1.3.2 侧倾控制研究现状10-11
• 1.4 存在的问题及展望11-12
• 1.5 本文主要研究内容12-13
• 2 磁流变阻尼器建模及分析13-22
• 2.1 磁流变液工作原理13-14
• 2.1.1 组成与成分13
• 2.1.2 流变机理13-14
• 2.2 磁流变阻尼器及工作模式14-15
• 2.2.1 基本结构14-15
• 2.2.2 工作模式15
• 2.3 磁流变阻尼器模型及仿真15-21
• 2.3.1 电磁电路模型15-16
• 2.3.2 力学模型16-17
• 2.3.3 仿真模型17-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 路面激励和车辆悬架模型的建立22-34
• 3.1 随机路面激励模型22-26
• 3.1.1 随机路面不平度22-23
• 3.1.2 空间谱密度转时间谱密度23-25
• 3.1.3 随机路面激励模型仿真25-26
• 3.2 四自由度横向1/2车被动悬架模型26-30
• 3.2.1 系统数学模型26-27
• 3.2.2 系统评价指标27
• 3.2.3 系统仿真模型27-28
• 3.2.4 基于半车被动悬架的仿真28-30
• 3.3 四自由度横向1/2车半主动悬架模型30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 半主动悬架控制算法研究34-49
• 4.1 模糊PID控制34-39
• 4.1.1 PID控制原理34-35
• 4.1.2 模糊算法及规则35-37
• 4.1.3 复合控制器设计37-39
• 4.2 最优控制39-42
• 4.2.1 最优控制器原理39-40
• 4.2.2 随机最优控制的求解40-41
• 4.2.3 控制器设计41-42
• 4.3 不同控制的仿真分析42-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5 基于Carsim的车辆侧倾仿真研究49-58
• 5.1 半主动悬架三态阻尼控制策略49-50
• 5.1.1 磁流变阻尼器逆模型49-50
• 5.1.2 三态阻尼控制原理50
• 5.2 仿真工况50-51
• 5.2.1 鱼钩试验工况51
• 5.2.2 双移线试验工况51
• 5.2.3 其他评价工况51
• 5.3 基于Carsim的车辆侧倾模型51-54
• 5.3.1 悬架模型52-53
• 5.3.2 转向模型53
• 5.3.3 轮胎模型53
• 5.3.4 制动模型53-54
• 5.4 不同工况下仿真研究54-57
• 5.4.1 鱼钩试验工况55-57
• 5.4.2 双移线试验工况57
• 5.5 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-63
• 致谢63-64

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本文编号：737857