车辆麦弗逊式主动悬架系统控制仿真研究

摘要

随着生活水平的提高、科学技术和国民经济的飞速发展，人们对汽车这种交通工具有了更进一步的看法，不仅仅看中汽车的价格、外观、耗油量等特性，对平顺性和乘坐舒适性也有更高的要求。悬架作为汽车的主要组成部件，对汽车的平顺性和乘坐舒适性起着至关重要的作用，同时以电子技术和自动控制理论为基础发展起来的主动悬架，对车辆的纵向、横向以及侧向运动的控制更加准确、有效，使得车辆获得良好的性能。另外，由于麦弗逊式悬架具有体积小、结构简单、占用空间少、有利于发动机舱的布置等优点，很多车型的前悬采用麦弗逊式独立悬架，比如宝马的M3、保时捷的911、福特的Focus等车型，因此，对麦弗逊式主动悬架的研究仍具有很大价值。
　　麦弗逊式悬架是一个比较复杂的非线性系统，采用传统控制方式的主动悬架系统很难达到预期目标，为了使得悬架性能获得理想的效果，寻找更为优良的控制策略，或者结合不同控制方式获得更好的控制特性，其变得尤为重要。
　　首先，本文建立了随机路面输入模型和传统悬架模型，接着以麦弗逊式悬架为研究对象，建立麦弗逊式悬架模型并确立了其运动微分方程，利用MATLAB软件搭建麦弗逊式被动悬架模型，并与传统悬架模型进行比较分析。同时分别以随机路面谱和阶跃函数作为系统的输入，分析车身加速度和控制臂角位移的响应特性。
　　其次，以麦弗逊式悬架为研究对象，以车身加速度为控制目标，建立其Fuzzy-PID控制模型，并针对Fuzzy-PID控制器参数的最优选取问题，利用遗传算法的全局优化能力和并行处理能力调节Fuzzy-PID控制器的量化因子及其PID参数的修正系数，实现多目标优化。
　　最后，分析簧载质量和悬架阻尼系数的不确定性对系统的幅频特性和悬架时域性能指标的均方根值的影响，针对簧载质量的不确定性，建立麦弗逊式悬架的LPV模型。应用LMI技术建立区域极点配置的状态反馈鲁棒控制器，并以随机路面作为输入，分析车身加速度和控制臂角位移的响应特性，并计算其均方根值，绘制功率谱密度函数，分析控制器对车辆乘坐舒适性和悬架稳定性的影响。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 车辆悬架系统概述

1．2．1 悬架系统分类

1．2．2 主动悬架控制理论

1．3 国内外现状及发展趋势

1．3．1 主动悬架国外现状

1．3．2 主动悬架国内现状

1．3．3 主动悬架发展趋势

1．4 本文主要研究内容

2 路面模型及传统悬架模型分析

2．1 随机路面输入模型

2．1．1 路面输入模型简介

2．1．2 路面不平度的空间频率谱

2．1．3 空间谱密度转换时间谱密度

2．1．4 随机路面输入模型

2．2 简化悬架模型

2．2．1 车辆振动模型简化

2．2．2 简化悬架模型分析

2．3 本章小结

3 麦弗逊式悬架的动力学模型

3．1 麦弗逊式主动悬架模型

3．1．1 模型基本分析

3．1．2 建立运动方程

3．1．3 状态空间模型

3．2 麦弗逊式被动悬架模型

3．2．1 模型基本分析

3．2．2 Simulink仿真

3．3 本章小结

4 遗传算法优化的Fuzzy-PID控制器的设计

4．1 PID和Fuzzy控制基本原理

4．1．1 PID控制理论

4．1．2 模糊控制理论

4．1．3 模糊PID控制理论

4．2 Fuzzy-PID控制器设计

4．3 GA优化Fuzzy-PID控制器参数

4．3．1 遗传算法简介

4．3．2 遗传算法基本操作步骤

4．3．3 遗传算法优化控制器

4．4 仿真及分析

4．5 本章小结

5 极点区域配置的状态反馈鲁棒控制器设计

5．1 参数不确定性分析

5．1．1 参数变动对幅频特性的影响

5．1．2 参数变动对均方根值的影响

5．2 状态反馈鲁棒控制分析

5．2．1 线性矩阵不等式LMI

5．2．2 LMI区域极点配置

5．2．3 鲁棒状态反馈控制器

5．2．4 LPV模型的多胞型

5．3 控制器设计

5．3．1 控制器分析

5．3．2 控制器设计

5．4 仿真及分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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