基于malab的汽車(chē)主動(dòng)懸架建模與仿真

基于malab的汽車(chē)主動(dòng)懸架建模與仿真

主動(dòng)駕駛采用主動(dòng)控制的封閉原理，傳感器發(fā)送信號(hào)，響應(yīng)裝置動(dòng)作相應(yīng)，防止車(chē)身振動(dòng)，顯著提高車(chē)輛穩(wěn)定性，保持更理想的工作狀態(tài)。這是被動(dòng)懸掛和半被動(dòng)懸掛的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外主動(dòng)懸架技術(shù)研究比較充分,我國(guó)主動(dòng)懸架技術(shù)研究相對(duì)落后,清華大學(xué),吉林大學(xué),同濟(jì)大學(xué)等高校正在舉辦相關(guān)的研討活動(dòng)。其中,清華大學(xué)的寇發(fā)榮與方宗德教授,合肥工業(yè)大學(xué)的陳無(wú)畏教授,上海交通大學(xué)的喻凡教授等對(duì)主動(dòng)懸架進(jìn)行了系統(tǒng)的研究調(diào)查白玉任澤凱等1路面模型及評(píng)估從輸入開(kāi)始,求解平順性,那么最基本、最原始的輸入就是路面不平度沖擊,路面不平度又稱(chēng)路面不平度函數(shù)。路面不平度用q來(lái)表示,其功率譜密度用一個(gè)函數(shù)來(lái)表達(dá),如公式(1)所示,n是自變量,G是這個(gè)函數(shù)的符號(hào),下角標(biāo)q強(qiáng)調(diào)它是路面不平度的功率譜密度,其理論擬合公式為式(1):式中:n為空間頻率,表示每米長(zhǎng)度包括幾個(gè)波長(zhǎng);n本文采用白噪聲經(jīng)過(guò)積分器這種方法來(lái)創(chuàng)建路面輸入模型。汽車(chē)駛過(guò)坑洼路面,要探討輪胎受到的激勵(lì),需要把前后輪分開(kāi)來(lái)討論,因?yàn)榍昂筝嗰傔^(guò)同一個(gè)坑洼點(diǎn)的時(shí)間是不同的。假設(shè)汽車(chē)通過(guò)這一路面時(shí),是勻速駛過(guò)的,后輪與前輪的區(qū)別在于時(shí)間上的滯后,滯后時(shí)間是后軸距離L與車(chē)速u(mài)取決。通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)可得表達(dá)式(2),速度功率譜密度為式(3),加速度功率譜密度為式(4)。譜密度是白噪聲通過(guò)積分產(chǎn)生前后輪胎的隨機(jī)路面模型,可以由公式(5)、公式(6)和公式(7)表示。式中:L為前后軸距,L=2.655m;u為車(chē)輛行駛速度,定義u=20m/s;ω()t為均勻分布的白噪聲;Z通過(guò)以上數(shù)學(xué)分析,利用MATLAB/Simulink對(duì)前輪、后輪駛過(guò)的隨機(jī)路面輸入進(jìn)行仿真,以白噪聲為外激勵(lì)源,模擬C級(jí)路面前、后輪路面響應(yīng)如圖1和圖2所示。車(chē)輛懸架的性能涉及許多因素,少量的數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行評(píng)估。歐洲EUSAMA規(guī)定檢測(cè)時(shí)要以輪胎與地面能否一直接觸為標(biāo)準(zhǔn),能持續(xù)接地說(shuō)明懸架性能好。我國(guó)在上述這一標(biāo)準(zhǔn)上制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)2001-JT/T448,建議以懸架能吸收多少激勵(lì)作為評(píng)價(jià)懸架性能。此外,對(duì)懸架性能的評(píng)估還有主觀評(píng)估和客觀評(píng)估。主觀評(píng)價(jià)就是人的感受為主,懸架性能的優(yōu)劣是通過(guò)人們坐在車(chē)上舒不舒服來(lái)判定的;客觀評(píng)價(jià)是由振動(dòng)響應(yīng)量來(lái)恒定,路面的振動(dòng)與懸架和人構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,所以用來(lái)衡量平順性的指標(biāo)也可以用來(lái)評(píng)價(jià)懸架,即車(chē)身加速度(ACC)、懸架動(dòng)撓度(SWS)和輪胎相對(duì)動(dòng)載荷(DTL)2獨(dú)立懸浮式pid控制器設(shè)計(jì)2.1自由度主動(dòng)懸架模型在主動(dòng)懸架系統(tǒng)中,傳感器用于測(cè)量簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量加速度,并將傳感器的模擬信號(hào)發(fā)送到控制器?？刂破髟O(shè)計(jì)為采取必要的動(dòng)作來(lái)提高已經(jīng)設(shè)置的性能,控制器將信號(hào)放大,放大的信號(hào)反饋給執(zhí)行機(jī)構(gòu),形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)(主動(dòng)懸架系統(tǒng))以產(chǎn)生所需的力?；谥鲃?dòng)懸架的1/4車(chē)輛二自由度模型如圖3所示,這可以避免作動(dòng)器出現(xiàn)故障失效的缺點(diǎn),得到以下運(yùn)動(dòng)微分方程,見(jiàn)公式(8)和公式(9)。圖中:m2.2控制器的建立模糊PID控制理論就是利用模糊邏輯并根據(jù)一定的模糊規(guī)則對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化,以克服傳統(tǒng)PID參數(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)整PID參數(shù)的缺點(diǎn)。首先,車(chē)輛傳感器會(huì)采集到垂直車(chē)速和車(chē)身垂直加速度,然后,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)算法處理,會(huì)得到與車(chē)身加速度、懸架動(dòng)撓度和輪胎相對(duì)動(dòng)載荷的偏差E,以及當(dāng)前偏差和上次偏差的變化(差值)EC兩個(gè)值(即此算法為2維輸入,同理也可以是1維和3維,但2維更適合電動(dòng)汽車(chē))。本文對(duì)于參數(shù)自調(diào)整模糊控制器的輸入變量(車(chē)身垂直速度與垂直加速度)與輸出變量均選擇五個(gè)模糊子集來(lái)描述,即負(fù)大(NB),負(fù)中(NM),零(ZO),正中(PM),正大(PB)。車(chē)身垂直速度與垂直加速度的論域均為[-1.5,1.5],建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù);輸出變量的論域均為[-1,1],建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù)。利用工程設(shè)計(jì)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),確定其控制規(guī)則如表1、表2和表3。對(duì)于輸出變量采用了重心法進(jìn)行輸出變量的反模糊化計(jì)算。32.2自由懸浮模的模擬比較分析3.1主動(dòng)懸架模型仿真根據(jù)公式(8)和公式(9),搭建主動(dòng)懸架模型,選取C級(jí)路面激勵(lì),對(duì)上述二自由度1/4車(chē)主動(dòng)懸架Simulink模型進(jìn)行仿真,取K3.2模糊pid控制懸架模型根據(jù)所設(shè)計(jì)的PID懸架仿真模型與基于模糊PID控制的主動(dòng)懸架仿真模型,設(shè)置仿真時(shí)間為10秒,點(diǎn)擊仿真按鈕進(jìn)行仿真。以積分白噪聲隨機(jī)路面激勵(lì)作為輸入,分別將車(chē)身加速度、輪胎動(dòng)載荷以及懸架動(dòng)撓度的scope圖形合成在一起,來(lái)分析兩種懸架的性能優(yōu)劣。仿真結(jié)果見(jiàn)圖7、圖8和圖9所示。由圖7可知,模糊PID控制下的主動(dòng)懸架的車(chē)身加速度小于PID控制下懸架的車(chē)身加速度,在PID控制下,懸架的車(chē)身加速度的路面幅值最高達(dá)到1,模糊PID控制下的主動(dòng)懸架控制在了0.4以內(nèi),表明模糊PID控制的主動(dòng)懸架較PID控制的懸架而言,車(chē)身加速度小,說(shuō)明懸架將來(lái)自地面的振動(dòng)傳遞至車(chē)身的加速度小,有利于增加汽車(chē)駕駛的舒適性。由圖8可知,模糊PID控制下的主動(dòng)懸架的輪胎動(dòng)載荷控制在了0.1數(shù)值小于PID控制下的懸架的0.15數(shù)值,表明了模糊PID控制的有效性,輪胎動(dòng)載荷小,表明輪胎與路面之間的動(dòng)載與懸掛重力的比值越小,汽車(chē)的操穩(wěn)性和安全質(zhì)量更好。由圖9可知懸架動(dòng)撓度過(guò)大會(huì)增加撞擊限位塊的概率,使汽車(chē)行駛的平順性變差,同時(shí)也會(huì)影響乘坐舒適性和行駛安全性?；谀：齈ID控制下的主動(dòng)懸架相較PID控制下的懸架而言,懸架的動(dòng)撓度有效控制在了10以內(nèi),PID控制下的懸架的動(dòng)撓度最高可達(dá)15數(shù)值,模糊PID控制降低了懸架動(dòng)撓度幅值,表明控制的有效性。4基于慣性力的pid控制策略汽車(chē)的懸架系統(tǒng)對(duì)于汽車(chē)的舒適性有很大的影響,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)主動(dòng)懸架的研究主要是在傳統(tǒng)汽車(chē)上,相對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的主動(dòng)懸架研究較少,尤其是電機(jī)大扭矩起步要求電動(dòng)汽車(chē)主動(dòng)懸架對(duì)慣性力的沖擊能有效的緩解。隨著電動(dòng)汽車(chē)的不斷普及,乘坐電動(dòng)汽車(chē)出行也越來(lái)越多。電動(dòng)汽車(chē)的主動(dòng)懸架研究會(huì)不斷增多,在考慮電動(dòng)汽車(chē)特性的基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于車(chē)身垂直速度與加速度