車輛半主動(dòng)懸架系統(tǒng)控制的研究與仿真_圖文

1、第23卷第11期2006年11月機(jī)電工程Mechanical &Electrical EngineeringMagazineVol . 23No . 11Nov . 2006! 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)#車輛半主動(dòng)懸架系統(tǒng)控制的研究與仿真翁迪望, 王維銳, 潘雙夏(浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所, 浙江杭州310027摘要:在基于阻尼控制的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上, 設(shè)計(jì)了懸架系統(tǒng)模糊邏輯控制器。并從頻域和時(shí)域兩個(gè)角度對(duì)懸架控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析, 最后對(duì)車輛行駛平順性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明, 模糊控制可有效提高車輛的行駛平順性。關(guān)鍵詞:半主動(dòng)懸架; 描述函數(shù); 模糊控制; 平順性中圖分類號(hào):TP391. 9文

2、獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-4551(2006 11-0044-03S i m ul a ti on and study on the con trol of veh i cle se m i 2acti ve suspen si on syste mW ENG D i 2wang, WANG W ei 2rui, P AN Shuang 2xia(Institute of M echanical D esign, Zhejiang U niversity, Hangzhou 310027, Abstract:A fuzzy l ogic contr ollerwas devel ope

3、d f or the sus pensi on syste m, se m i 2active sus 2pensi on syste m model . And the perf or mance of the sus pensi on frequency domain and ti m e domain . Finally, the ride quality of the vehicle was the fuzzy contr oller can i m p r ove ride quality greatly .Key words:se m i 2active sus pensi ol;

4、 ride quality0前言, 起著緩沖路面沖擊并衰減由于路面不平引起車身振動(dòng)的作用, 其性能的好壞對(duì)車輛的行駛平順性與操縱穩(wěn)定性有著非常重要的影響。目前由德?tīng)柛Ｑ兄频幕诖帕髯儨p振器的MagneR ide 懸架系統(tǒng)已見(jiàn)實(shí)車應(yīng)用。我國(guó)對(duì)于車輛懸架系統(tǒng)的研究, 較之國(guó)外尚有較大差距。本研究擬在建立的基于阻尼控制的半主動(dòng)懸架參數(shù)時(shí)變非線性系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上, 對(duì)基于阻尼連續(xù)可調(diào)減振器的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行控制研究, 并使用描述函數(shù)法對(duì)建立的非線性控制系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析, 同時(shí)對(duì)不同控制策略下隨機(jī)路面激勵(lì)的車輛行駛平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖11/4車輛半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)模型根據(jù)牛頓第二定律可得運(yùn)動(dòng)學(xué)微分方程:M

5、 b X b =-(C 0+C v (t (X b -X w -K 1(X b -X w M w X w =(C 0+C v (t (X b -X w +K 1(X b -X w -K 2(X w -X r (11懸架控制系統(tǒng)模型擬以四分之一車輛作為研究對(duì)象, 它是一能仿真乘坐舒適性、輪胎動(dòng)載荷和懸架動(dòng)位移的最小模型。基于阻尼控制的懸架系統(tǒng)模型, 如圖1所示 。式中M b 簧載質(zhì)量; M w 非簧載質(zhì)量; C 0減振器基值阻尼; C v 可調(diào)阻尼; K 1懸架剛度; K 2輪胎剛度, X b 初始位置的車身位移; X w 初始位置的輪胎位移; X v 初始位置的路面垂直位移。 阻尼收稿日期:2

6、006-06-28基金項(xiàng)目:浙江省重大科技攻關(guān)基金項(xiàng)目(2004C11029作者簡(jiǎn)介:翁迪望(1982- , 男, 浙江溫州人, 主要研究方向?yàn)槠嚢胫鲃?dòng)懸架控制。第11期翁迪望, 等: 車輛半主動(dòng)懸架系統(tǒng)控制的研究與仿真(E, =n p +jn q45可調(diào)減振器的阻尼值設(shè)置以被動(dòng)懸架減振器阻尼作為基準(zhǔn), 其阻尼可變范圍取為被動(dòng)懸架阻尼的0. 5倍至1. 5倍, 而通常被動(dòng)懸架系統(tǒng)的阻尼比系數(shù)=0. 250. 35, 本研究折中選擇被動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼比(2式中n p =n qf (E sin (t , t sin (t d t =f (E sin (t , t cos (t d t ET ET

7、00TT(3 (4=0. 30。各參數(shù)設(shè)置, 如表1所示。表1懸架系統(tǒng)參數(shù)M b /kg M w /kg K /N m-1K /N m-1se m i 2active25035160001600000. 300. 51. 5因而, 只要對(duì)系統(tǒng)施加一系列的正弦波激勵(lì)(頻率i ; i =1, 2, L, N , 就可以得到用描述函數(shù)表征的系統(tǒng)幅相頻響應(yīng)特性。本研究使用M atlab 高級(jí)語(yǔ)言編寫m 文件與通過(guò)Si m ulink 建立m dl 仿真模型相結(jié)合的方法來(lái)對(duì)非線性半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的描述函數(shù)進(jìn)行計(jì)算, 圖2、圖3、圖4分別示出了車身加速度、懸架動(dòng)位移和輪胎動(dòng)載荷在不同控制策略下的幅頻特性

8、 。2半主動(dòng)懸架系統(tǒng)控制策略車輛半主動(dòng)懸架系統(tǒng)是一種強(qiáng)非線性時(shí)變系統(tǒng), 本研究將使用模糊邏輯控制策略對(duì)其進(jìn)行控制。它是模型獨(dú)立控制方法, 較常規(guī)控制方法(多為模型依賴 而言, 具有對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感、魯棒性強(qiáng)、適合于半主動(dòng)懸架等非線性強(qiáng)的系統(tǒng)控制等優(yōu)點(diǎn), 并且可使由于系統(tǒng)建模誤差而引起控制系統(tǒng)性能下降的可能性減小。取車身加速度偏差及其變化率作為模糊控制器的輸入變量, 隸屬度函數(shù)選為三角函數(shù), 使用Mamdani 極小方法進(jìn)行模糊邏輯推理, 使用COG 事實(shí), , 當(dāng)車身加速度, 可制定出模糊邏輯控制規(guī)則(如表2所示 ; 而當(dāng)車身加速度方向與懸架相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向相反時(shí), 則應(yīng)設(shè)置可調(diào)阻尼減振器

9、為小阻尼狀態(tài)。表2中的-2、-1、0、1、2為輸入輸出語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值, 分別表示負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大。表2模糊控制器規(guī)則表可控阻尼C v (t -2圖2 不同控制策略下車身加速度幅頻特性偏差變化率c (t -2-101222210加速度偏差e (t -102221100112110122201222圖3 不同控制策略下懸架動(dòng)位移幅頻特性3半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)頻域分析在描述函數(shù)法中, 正弦波形輸入描述函數(shù)的定義描述為:當(dāng)一個(gè)非線性系統(tǒng)f (x, t 被一正弦波形輸入x (t =E sin (t 激勵(lì)時(shí), 可得系統(tǒng)的輸出y (t =f (E sin (t , t , 而正弦波形輸入描述函數(shù)(

10、E, 為復(fù)數(shù)基波增益, 其表達(dá)式為:1圖4不同控制策略下輪胎動(dòng)載荷幅頻特性46機(jī)電工程4第23卷從圖2中可以看出, 在人體敏感頻率范圍48Hz(2550rad /s 內(nèi),ON 2OFF 控制和模糊邏輯控制都能有效降低車身加速度傳遞率, 提高車輛的乘坐舒適性。其中, 模糊控制幾乎在整個(gè)頻段內(nèi)都非常有效地降低了車身加速度傳遞率, 并較ON 2OFF 控制具有更好的控制效果。從圖3中可看出, 模糊控制半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的懸架動(dòng)位移傳遞率較被動(dòng)懸架系統(tǒng)在第一階和第二階無(wú)阻尼固有振動(dòng)頻率處有所增大, 但只要懸架動(dòng)位移在懸架的動(dòng)撓度范圍內(nèi), 是可以以懸架動(dòng)位移的增大來(lái)?yè)Q取車輛其他性能(如乘坐舒適性等 的提高的

11、。從圖4可知, 模糊控制懸架系統(tǒng)的輪胎動(dòng)載荷傳遞率在懸架系統(tǒng)第一階無(wú)阻尼固有振動(dòng)頻率附近以及人體敏感頻率范圍內(nèi), 較被動(dòng)懸架系統(tǒng)和ON 2OFF 控制的懸架系統(tǒng)都有所改善。但在懸架系統(tǒng)第二階無(wú)阻尼固有振動(dòng)頻率附近, 較被動(dòng)懸架系統(tǒng)輪胎動(dòng)載荷傳遞率有較大的增大, 使輪胎接地性能下降。評(píng)價(jià)方法。它利用頻率加權(quán)函數(shù), (f i 將人體最敏感頻率范圍以外的各頻帶內(nèi)人體所承受的加速度a i 折算為等效48Hz (垂直振動(dòng) 的數(shù)值a i 。使用該方法進(jìn)行車輛行駛平順性評(píng)價(jià), 其難點(diǎn)在于如何在頻域?qū)铀俣冗M(jìn)行加權(quán)計(jì)算。本研究提出了一種計(jì)算方法, 即首先對(duì)采集到的加速度信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換, 然后根據(jù)Parse

12、val 定理對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理得加權(quán)加速度均方根值。根據(jù)上述方法可計(jì)算得加權(quán)加速度均方根值, 如表3所示。從表中不同控制策略下車身加權(quán)加速度均方根值的比較結(jié)果可以看出, ON 2O FF 控制的車輛懸架系統(tǒng)較被動(dòng)懸架系統(tǒng)車身加權(quán)加速度均方根值有一定的下降, 對(duì)車輛的行駛平順性有一定的提高; 對(duì)模糊控制的車輛懸架系統(tǒng), 其車身加權(quán)加速度均方根值較被動(dòng)懸架系統(tǒng)有一定的下降幅度, 非。表3與被動(dòng)懸架系統(tǒng)相比a 下降百分比4系統(tǒng)分析及行駛平順性評(píng)價(jià)隨機(jī)激勵(lì)時(shí)域路面模型由功率為2的白噪聲通過(guò)濾波得到22C 20s-2a /ms0. 72530. 55500. 6911:X r +X r =(t Fuzzy

13、控制懸架系統(tǒng)ON 2OFF 控制懸架系統(tǒng)式中X r (t -1在 C 0. 12m , =0. 0060m , 車輛行駛速度為20m /s 時(shí), 對(duì)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行3 仿真。仿真在M atlab 環(huán)境下進(jìn)行, 使用四階Runge 2Ku tta 方法求解, 仿真步長(zhǎng)取為0. 002s 。仿真所得的C 級(jí)路面空間頻率功率譜密度函數(shù), 如圖5所示, 它已能足夠好地仿真實(shí)際路面。23. 41%4. 72%圖6表示車輛在20m /s 的行駛速度時(shí), 不同路況及控制策略下的加權(quán)加速度均方根值。從中可看出隨著路況的變差, 半主動(dòng)控制的懸架系統(tǒng)對(duì)加權(quán)加速度均方根幅值的抑制效果也愈明顯, 表明半主動(dòng)控制策略

14、在不同工況下, 其控制過(guò)程是穩(wěn)定的。同時(shí)可看出在不同路況下的模糊控制較ON 2OFF 控制都能更有效地提高車輛的行駛平順性。圖5道路譜模型的空間頻率功率譜密度圖6不同路況及控制策略下加權(quán)加速度均方根值在該路面激勵(lì)下, 對(duì)仿真所得的加速度等數(shù)據(jù)還需作進(jìn)一步的處理以對(duì)車輛的行駛平順性能作出評(píng)價(jià)。本研究擬采用加權(quán)加速度均方根值評(píng)價(jià)方法,它是IS O263121:1997(E 標(biāo)準(zhǔn)中所言的平順性基本5結(jié)束語(yǔ)從本研究的車輛行駛平順性的評(píng)價(jià)結(jié)果中可知, 模糊控制非常有效地提高了車輛的行駛平順性。(下轉(zhuǎn)第53頁(yè)第10期if (buf &0x01 =03劉源, 等:基于嵌入式L inux 的MMC /

15、SD 卡驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)53; /加載S D 卡驅(qū)動(dòng)模塊syste m (“. /ins mod_SD ”3else if (buf &0x01 =1; syste m (“. /r mmod_SD ”/卸載S D 卡驅(qū)動(dòng)模塊. . .5結(jié)束語(yǔ)本研究所編寫的S D 卡驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)在嵌入式軸承檢測(cè)系統(tǒng)中投入使用, 它完全支持熱插拔功能, 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定的存放。參考文獻(xiàn):1ALESS ANDRO R, JONATHAN C . L inux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序M.北京:中國(guó)電力出版社, 2002.2K URT W. G NU /Linux 編程指南M.北京:清華大學(xué)由此, 實(shí)現(xiàn)了S D 卡驅(qū)動(dòng)的自

16、動(dòng)加載和卸載, 無(wú)需人為干預(yù)。在G U I 圖形界面上增加一個(gè)S D 卡狀態(tài)圖標(biāo)和卸載按鈕, 能更有效地保證當(dāng)每次所寫的數(shù)據(jù)都完成之后再拔卡, 確保數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入。至此, 完成了S D /MMC卡驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì), 把驅(qū)動(dòng)程序源文件放到/driver/block 中, 并修改內(nèi)核源代碼/drivers/block /Makefile文件, 增加對(duì)S D 卡驅(qū)動(dòng)的編譯代碼。重新編譯內(nèi)核就能實(shí)現(xiàn)對(duì)S D /MMC 卡的正確讀/寫操作了。出版社, 2002.3李玉波, 朱自強(qiáng), 郭軍. L inux C 編程M.北京:清華大學(xué)出版社, 2005.編輯:李輝(上接第46頁(yè)本研究只從提高車輛行駛平順性的角度

17、對(duì)模糊控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì), 對(duì)如何抑制輪胎動(dòng)載荷與懸架動(dòng)位移方面還有待進(jìn)一步的研究。參考文獻(xiàn):1GE LB A, W p le DescribingFuncti ons Syste m Design M .M cGra w H ill, 1968:41-109.M I L, BOK OR J. Ro 2pensi on syste m J .I nternati onalDesign, 1993, 14(2-3 :145-165. , 陳鷹, 路甬祥. 路面對(duì)汽車激勵(lì)的時(shí)域模型建立及計(jì)算機(jī)仿真J .中國(guó)公路學(xué)報(bào), 1998, 11(3 :96-101.4余志生. 汽車?yán)碚?第3版M.北京:機(jī)械工

18、業(yè)出版社, 2000.編輯:羅向陽(yáng)寧波長(zhǎng)城精工實(shí)業(yè)有限公司打造中國(guó)五金工具第一品牌在巴基斯坦、尼泊爾、中東等國(guó)家和地區(qū), 如果你去逛五金店, 就一定能見(jiàn)到寧波長(zhǎng)城精工實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的“長(zhǎng)城牌”產(chǎn)品。在這里, “長(zhǎng)城牌”已成為主流品牌。據(jù)悉, “長(zhǎng)城精工”在抓好國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí), 不斷拓展國(guó)際市場(chǎng), 產(chǎn)品在西歐、東歐、中東、南美、非州和東南亞等50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已極具知名度和美譽(yù)度。目前, 該公司自有品牌的出口額已占公司銷售總額的30%以上。在公司創(chuàng)立初期, “長(zhǎng)城精工”就確立“五高”準(zhǔn)則, 即引進(jìn)高精設(shè)備、高新技術(shù)、高級(jí)人才、制定高標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品。每年, 他們都花大量精力和財(cái)力跟蹤行業(yè)內(nèi)最前沿的技術(shù)動(dòng)態(tài), 保持企業(yè)技術(shù)不斷更新和提升。并投入巨資引進(jìn)印涂感光工藝、精加工流水線和熱處理設(shè)備等國(guó)際先進(jìn)的工藝及設(shè)備, 采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)作為企業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn), 并引進(jìn)高精度檢測(cè)設(shè)備, 還與中國(guó)計(jì)量學(xué)院電子研究所合作開(kāi)發(fā)了光電精度檢測(cè)設(shè)備。該公司的產(chǎn)品因此相繼通過(guò)了歐共體“EEC ”認(rèn)證和英國(guó)度量衡局量具EEC 認(rèn)證。在