懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)JIANGSUUNIVERSITY本科畢業(yè)論文主動(dòng)懸架的最優(yōu)控制理論OptimalControlTheoryofActiveSuspension學(xué)院名稱：汽車學(xué)院專業(yè)班級：交通運(yùn)輸0602學(xué)生姓名：劉高君指導(dǎo)教師姓名：張孝祖指導(dǎo)教師職稱：教授2010年6月目錄主動(dòng)懸架的最優(yōu)控制專業(yè)班級：交通運(yùn)輸0602學(xué)生姓名：劉高君指導(dǎo)老師：張孝祖職稱：教授摘要懸架是現(xiàn)代汽車的重要組成，它對汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性、通用性及汽車壽命等多種使用性能有很大影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制開始被應(yīng)用到汽車懸架的剛度和阻尼控制中，即主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架，汽車主動(dòng)和半主動(dòng)懸架研究的一個(gè)重要課題就是采用什么控制方法使汽車達(dá)到一個(gè)最優(yōu)控制，且懸架的車身加速度、動(dòng)撓度和輪胎的動(dòng)載荷滿足要求，能保證汽車在各種行駛情況下的行駛安全。過去的二三十年間，人們在車輛懸架控制系統(tǒng)方面做了許多理論研究工作，并有大量的文獻(xiàn)發(fā)表。車輛主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵任務(wù)之一，就是要尋求一個(gè)能夠?yàn)檐囕v提供良好性能的控制律。盡管許多學(xué)者提出了各種不同的控制理論，但廣泛應(yīng)用于主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)中的應(yīng)是隨機(jī)線性二次最優(yōu)理論[]。本文對隨機(jī)線性最優(yōu)控制進(jìn)行重點(diǎn)介紹:針對主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)建立1／4車體的懸架模型方程，采用一個(gè)濾波白噪聲作為路面輸入模型，得出其狀態(tài)空間方程，并用matlab仿真得出汽車懸架控制的三個(gè)性能指標(biāo)（車身加速度、動(dòng)撓度、動(dòng)載荷）的幅頻特性曲線，將得出的主動(dòng)懸架系統(tǒng)的三個(gè)性能指標(biāo)跟被動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)對比。最后，利用仿真系統(tǒng)求出三個(gè)不同系統(tǒng)的懸架性能標(biāo)的均方根植，并作出比較。從而為主動(dòng)懸架控制的最優(yōu)控制提供一條新的思路。關(guān)鍵詞：主動(dòng)懸架最優(yōu)控制幅頻特性均方根植OptimalControlTheoryofActiveSuspensionAbstractSuspensionisanimportantcomponentofmodernautomotive，ithasagreatinfluenceinItsridecomfort,handlingandstability,versatilityandlongevityofavarietyofperformancecars.Withthedevelopmentofcomputertechnology,Computercontrolbegantobeappliedtothevehiclesuspensionstiffnessanddampingcontrol,theactivesuspensionandsemi-activesuspension,animportantresearchtopicofAutomotiveactiveandsemi-activesuspensionishowtocontrolthevibrationofthecartoaminimum,andsuspensiondeflectionandtiredynamicloadtomeettherequirements,guaranteedcardrivingsituationsinavarietyofdrivingsafety.Overthepast23years,peoplehavedonealotoftheoreticalresearchinthevehiclesuspensioncontrolsystem,andalargenumberofdocumentspublished.OneofthekeytasksofVehicleactivesuspensionsystemistofindagoodperformancetothevehiclescontrollaw.Althoughmanyscholarshaveproposedavarietyofcontroltheory,thebesttheoryofstochasticlinearquadraticshouldbewidelyusedinactivesuspensiondesign.Inthispaper,optimalcontrolofstochasticlinearhighlights:Foractivesuspensioncontrolsystemsetup1/4thebodyofthesuspensionmodelequations,usingafilterwhitenoiseastheroadinputmodel,Cometothestatespaceequation,andwecangettheamplitude-frequencycharacteristiccurveofthethreevehiclesuspensioncontrolperformance（bodyacceleration、deflection、dynamicload）obtainedbytheMatlabsimulation.Wewillcometocomparethethreeactivesuspensionsystemswithapassivesuspensionsystemperformancesimulationexperiments.Finally,wewillobtainthesubjectrootmeansquareplantofthreedifferentsystemsbythesimulationsystem,andtocompare.Thustheoptimalcontrolofactivesuspensioncontroltoprovideanewwayofthinking.Keywords:ActiveSuspensionOptimalcontrolAmplitude-frequencycharacteristicsRMSplant第一章緒論1.1汽車懸架的歷史及發(fā)展概況從1886年德國人戴姆勒制造了世界上第一輛汽車開始，汽車工業(yè)經(jīng)歷了100多年的發(fā)展歷史?，F(xiàn)代汽車的性能、安全性和舒適性早已超出了前人所想象的程度。車輛在行駛過程中。輪胎和懸架的性能對乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的影響最大。路面激勵(lì)經(jīng)輪胎及懸架傳至乘員，直接影響著車輛乘坐的舒適度，但由于輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)改變有限，所以改進(jìn)車輛乘坐舒適性的研究，就主要集中在懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性上。1934年世界上出現(xiàn)了第一個(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。20世紀(jì)40年代，汽車懸架由工字形系統(tǒng)改變?yōu)殚L短臂系統(tǒng)，70年代末至80年代初，在前輪驅(qū)動(dòng)的轎車上，麥弗遜(Macpherson)撐桿式懸架又取代了長短臂懸架系統(tǒng)。傳統(tǒng)的被動(dòng)汽車懸架主要由彈性元件、減振器及穩(wěn)定桿組成，其中彈性元件、減振器和輪胎的綜合特性，決定了汽車的形式性、操縱性和乘坐的舒適性。被動(dòng)懸架的模型如圖1.1所示。由于彈性元件、減振器均是決定剛度的元件，它們對路面狀況和汽車的行駛狀況(如汽車直線行駛時(shí)的加速和制動(dòng)，汽車轉(zhuǎn)彎)的適應(yīng)性均受到了很大的局限。因此，近年來的轎車越來越多地采用橫臂式獨(dú)立懸架(燭式和麥弗遜式)、縱臂式獨(dú)立懸架(單縱臂式和雙縱臂式)和車輪沿主銷移動(dòng)的懸架(燭式和麥弗遜式)。盡管這些懸架可使汽車的有關(guān)性能得到較大的最優(yōu)化折衷處理，但由于被動(dòng)懸架的參數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定的，參數(shù)在行駛過程中保持不變，所以很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況，并且減振的效果也較差。被動(dòng)懸架主要應(yīng)用于中低檔轎車上，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩(wěn)定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、夏利、賽歐等車；而現(xiàn)代轎車的后懸架的形式較多，主要有復(fù)合式縱擺臂懸架和多連桿懸架。隨著道路交通的不斷發(fā)展，1954年美國通用汽車公司在懸架設(shè)計(jì)中率先提出開發(fā)兼顧舒適性和操縱穩(wěn)定性的主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架的模型如圖1.2所示。它在被動(dòng)懸架的基礎(chǔ)上，增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置，使汽車懸架在任何路面上均能保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。20世紀(jì)80年代，世界各大著名的汽車公司和生產(chǎn)廠家都競相研制開發(fā)主動(dòng)懸架。豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車上進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)。其中，1981年開始在汽車上使用車身高度控制技術(shù)，同年又成功開發(fā)出可變換減振器阻尼力控制的新技術(shù)，之后又開發(fā)出可以自動(dòng)變換減振器阻尼力和彈性元件剛度的電控懸架。1987年，日本本田公司率先推出裝有空氣彈簧的主動(dòng)懸架，這是一種通過改變空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力來改變彈性元件剛度的主動(dòng)懸架。1989年，世界上又推出了裝有油氣彈簧的主動(dòng)懸架。90年代，則是電子技術(shù)在汽車懸架系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多的時(shí)期?，F(xiàn)在，某些計(jì)算機(jī)控制的懸架系統(tǒng)已具有在10～12ms內(nèi)即能對路面和行駛條件作出反應(yīng)的能力，以改善行駛時(shí)的平穩(wěn)性和操縱性。裝置主動(dòng)懸架的汽車，在不良路面高速行駛時(shí)，車輛能保持車身平穩(wěn)、輪胎噪音小，在轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)，車身也能保持水平，因此極大地提高了乘坐的舒適性。但主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，成本昂貴，可靠性方面也存在某些問題。半主動(dòng)懸架的概念首先由D．A．Crosby和D．C．Kamopp于1973年提出，Karnopp還提出天棚阻尼控制模型和實(shí)現(xiàn)方法，但直到20世紀(jì)80年代初期才有試驗(yàn)性的產(chǎn)品問世。然而，半主動(dòng)懸架投入應(yīng)用的速度卻比主動(dòng)懸架快得多，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，半主動(dòng)懸架從實(shí)驗(yàn)室走向工廠。在開發(fā)方面，1975年，Margolis等人提出了“開關(guān)”控制的半主動(dòng)懸架，1983年日本豐田汽車公司開發(fā)了具有3種減振工況的“開關(guān)”式半主動(dòng)懸架，并應(yīng)用于ToyotaSoarer280GT型轎車上。1986年，KimBrough在半主動(dòng)懸架控制方法中引入了Lyapunov方法，改進(jìn)了控制算法的穩(wěn)定性。1988年日本日產(chǎn)公司首次將“聲納”式半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用于Maximas轎車上，它可預(yù)測路面信息，懸架減振器有“柔和”、“適中”和“穩(wěn)定”3種選擇狀態(tài)。20世紀(jì)90年代以后，研究的顯著特點(diǎn)是新型智能材料在半主動(dòng)懸架上的運(yùn)用。1994年，Prinkos等人使用電流變和磁流變體作為工作介質(zhì)，研究了新型半主動(dòng)懸架系統(tǒng)。2002年，采用美國德爾福(Delphi)公司磁流變減振器的MagneRide半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用在CadillacSevilleSTS高檔車上，此懸架系統(tǒng)能根據(jù)行駛情況自動(dòng)改變減振阻尼。半主動(dòng)懸架可看作由可變特性的彈簧和減振器組成的懸架系統(tǒng)，其模型如圖1.3所示。雖然半主動(dòng)懸架不能隨外界激勵(lì)的輸入進(jìn)行最優(yōu)的控制和調(diào)節(jié)，但它可按儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的各種條件下最優(yōu)彈簧和減振器的優(yōu)化參數(shù)指令來調(diào)節(jié)彈簧的剛度和減振器的阻尼狀態(tài)，使懸架對復(fù)雜多變的路面狀況具有較好的適應(yīng)性。半主動(dòng)懸架又分為有級半主動(dòng)式(阻尼力有級可調(diào))和無級半主動(dòng)式(阻尼連續(xù)可調(diào))兩種。其產(chǎn)生力的方式與被動(dòng)懸架相似，而其阻尼或剛度系數(shù)都可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。由于半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡單，工作時(shí)不需要消耗車輛的動(dòng)力，并且可取得與主動(dòng)懸架相近的性能，因此具有廣闊的發(fā)展前景。由于種種原因，目前我國的汽車絕大部分采用被動(dòng)懸架。在半主動(dòng)和主動(dòng)懸架的研究方面起步晚，與國外的差距大。在西方發(fā)達(dá)國家，半主動(dòng)懸架在20世紀(jì)80年代后期趨于成熟，福特公司和日產(chǎn)公司首先在轎車上應(yīng)用，取得了較好的效果。主動(dòng)懸架雖然提出早，但由于控制復(fù)雜，并且牽涉到許多學(xué)科，一直很難有大的突破。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，僅應(yīng)用于排氣量大的豪華汽車。在國內(nèi)，只有北京理工大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等少數(shù)單位對主動(dòng)懸架開展研究，未見國內(nèi)汽車產(chǎn)品采用此技術(shù)。1.2國內(nèi)、外對主動(dòng)、半主動(dòng)懸架的研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外對汽車主動(dòng)、半主動(dòng)懸架已經(jīng)進(jìn)行了諸多研究[]，取得了眾多研究成果。有關(guān)汽車懸架系統(tǒng)的文獻(xiàn)和研究成果每年都有報(bào)道，國外比較有影響的學(xué)者有Karnopp、Margolis、Thompson等，其研究內(nèi)容涉及路面描述與模型、懸架系統(tǒng)的簡化與建模，應(yīng)用模糊邏輯控制、自適應(yīng)控制、控制、最優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制方法，進(jìn)行懸架控制規(guī)律的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)還成功地開發(fā)了不少新型減震器。從總體上來看，懸架系統(tǒng)合理化、控制理論復(fù)雜化、控制過程實(shí)用化是當(dāng)今智能懸架開發(fā)的顯著特點(diǎn)。這些研究極大地豐富了懸架的控制理論，有力地推進(jìn)了懸架系統(tǒng)在汽車工程中的應(yīng)用。然而在如此眾多的研究中，多數(shù)是對汽車懸架主動(dòng)和半主動(dòng)控制的研究，而針對汽車懸架非線性特性進(jìn)行分析的卻很少。1998年M．Kurimoto和T.YoshimuraTM的文章考慮到客車車體長，縱傾度大，故采用四自由度半車非線性模型和線性二次型最優(yōu)控制，即LQG控制，滑?？刂破鲬?yīng)用于客車上。非線性控制的關(guān)鍵是要找到滑動(dòng)平面的穩(wěn)定條。在設(shè)計(jì)過程中，原始模型被簡化為互不耦合的兩個(gè)線性系統(tǒng)——分別位于的前后懸位置。仿真結(jié)果表明，主動(dòng)懸架的隔振效果優(yōu)于被動(dòng)懸架。C．KiIIl和P．I．Ro對主動(dòng)懸架系統(tǒng)的非線性考慮的比較全面。他總結(jié)自適應(yīng)控制方案的發(fā)展成果，從線性模型到非線性模型都進(jìn)行了相應(yīng)的闡。說明自適應(yīng)方案有嚴(yán)重的局限性，比如車輪沖擊加大，彈簧剛度超出線性圍，若按普通識別方法很難確定參數(shù)。為此，Kim和Ro提出了非線性懸架模。彈簧力為三次多項(xiàng)式，阻尼力．力為二次多項(xiàng)式。而且考慮了“跳輪’’現(xiàn)象。當(dāng)>0時(shí)當(dāng)<0時(shí)其中為簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量之間的相對位移。這樣將懸架系統(tǒng)的非線性主要因素(非線性彈簧、阻尼力)和不確定性(輪跳)考慮進(jìn)模型中。他們根據(jù)懸空阻尼所作的參考模型與實(shí)際懸架系統(tǒng)的差異提出了一種滑模控制方案。NiklasKarlsson等的文章提出了一種非線性的有限時(shí)間預(yù)控制方案。該方是在原有的線性預(yù)控制和LQG控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。文章首先分析了影響汽行駛安全性的各種非線性因素，并采用了最常用的1／4車體模型分析了各種參數(shù)對汽車性能的影響。然后應(yīng)用迭代運(yùn)算法則實(shí)現(xiàn)了在有限時(shí)間里對汽車懸架的預(yù)控制。最后對此最優(yōu)控制器的效果進(jìn)行仿真模擬，通過對線性預(yù)控制器、LQG控制器、四次型的性能指數(shù)預(yù)控制器的主動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了該控制方法的優(yōu)越性。MakotoYokoyama等的論文中提出了一種新的滑?？刂破鲬?yīng)用于半主動(dòng)控制懸架系統(tǒng)。針對電磁流變(Magnetorheological，MR)阻尼器不確定的非線性特性，采用1／4車體的非線性模型，考慮電流交流體的慣性和可壓縮性得到一個(gè)動(dòng)力模型。由此引起的運(yùn)動(dòng)方程是非線性的，作者由此設(shè)計(jì)了一種新的滑模控制器。其優(yōu)點(diǎn)是：(1)阻尼力的測量法不再需要，(2)模型考慮了阻尼器的被動(dòng)約束，(3)能高效維持滑模控制并很好的避免模型中的不確定性及各種干擾。國內(nèi)對主動(dòng)、半主動(dòng)懸架的研究，自九十年代中后期逐漸受到重視，研究單紛紛立項(xiàng)，《汽車工程》文獻(xiàn)自96年后逐漸增多，代表了國內(nèi)汽車技術(shù)界對車懸架非線性的研究認(rèn)識和研究水平。1998年2月同濟(jì)大學(xué)的余卓平等人發(fā)表了《非線性懸架系統(tǒng)頻率特性數(shù)值解》，針對非線性懸架在不同的載荷和路面激勵(lì)下會(huì)有不同的傳遞特性，而且，這種傳遞特性由于參數(shù)的非線性化，常常無法用函數(shù)關(guān)系式來表達(dá)的問題，從振動(dòng)測試技術(shù)中測取懸架頻域特性的快速掃頻激勵(lì)方法出發(fā)，采用對懸架系統(tǒng)力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)字快速正弦掃頻的計(jì)算機(jī)仿真手段，獲得非線性懸架系統(tǒng)頻域特性的數(shù)值解，為分析帶非線性懸架的汽車平順性和安全性提供了一種有效的方法。第二章汽車懸架控制系統(tǒng)的概述2．1汽車懸架的結(jié)構(gòu)汽車懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱。它把路面作用于車輪的支承力、牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向反力和這些力所產(chǎn)生的力矩傳遞到車架或車身上，來保證汽車的正常行駛。汽車懸架主要有彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成。此外還包括一些特殊功能的部件，如穩(wěn)定桿和緩沖塊等[剮，如圖2．1所示?，F(xiàn)代汽車進(jìn)一步采用了控制機(jī)構(gòu)，形成可控懸架，如半主動(dòng)懸架和全主動(dòng)懸架等。懸架系統(tǒng)是汽車重要的組成部分，汽車懸架系統(tǒng)的性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和安全性的重要因素。圖2．1汽車懸架組成示意圖2．2汽車懸架控制系統(tǒng)的類型汽車懸架控制系統(tǒng)通?？煞譃楸粍?dòng)控制、半主動(dòng)控制和主動(dòng)控制三種基本類型。不需輸入能量控制的稱為被動(dòng)控制，僅需輸入少量能量控制用于調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)的稱為半主動(dòng)控制，由控制機(jī)構(gòu)對懸架系統(tǒng)施加一定控制力的控制稱為主動(dòng)控制。2．2．1被動(dòng)控制懸架被動(dòng)控制懸架的作用是由外力所引起的，不需要輸入外部能量，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用2．2．2半主動(dòng)控制懸架半主動(dòng)懸架是指懸架彈性元件的剛度和減振器的阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的懸架。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)基本上不需要其它的外加能源只要選擇合適的控制邏輯就可以達(dá)到像主動(dòng)減振一樣的減振效果。目前半主動(dòng)懸架研究主要集中在調(diào)節(jié)減振器阻尼系數(shù)方面即將阻尼可調(diào)減振器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過傳感器檢測汽車行駛狀況道路條件變化和車身的加速度由ECU根據(jù)控制策略發(fā)出脈沖控制信號實(shí)現(xiàn)對減振器阻尼系數(shù)的有級可調(diào)或無級可調(diào)。（1）有級可調(diào)減振器有級可調(diào)減振器阻尼可在2-3檔之間快速切換，在結(jié)構(gòu)中采用較簡單的控制閥，實(shí)現(xiàn)有級調(diào)控；系統(tǒng)簡單，但適應(yīng)汽車行駛工況和道路條件變化的能力較差，其設(shè)計(jì)關(guān)鍵是發(fā)展先進(jìn)的閥技術(shù)增加阻尼變化的檔數(shù)，縮短切換時(shí)間，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制策略，提高懸架控制性能。（2）無級可調(diào)減振器無級可調(diào)減振器的阻尼調(diào)節(jié)可分為節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)和減振液粘性調(diào)節(jié)兩種方式。節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)是通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減振器的閥桿連續(xù)調(diào)節(jié)。減振器節(jié)流閥的通流面積來改變阻尼，這類減振器因結(jié)構(gòu)和成本等缺點(diǎn)較少使用。減振液粘性調(diào)節(jié)是使用粘性連續(xù)可控的電流變或磁流變液體作為減振液實(shí)現(xiàn)阻尼無級變化，改變減振器的阻尼力在應(yīng)力溫度粘度和穩(wěn)定性等性能方面磁流要比電流好，所以現(xiàn)在傾向于選用磁流變液體的減振器。2．2．3主動(dòng)控制懸架汽車主動(dòng)懸架是在被動(dòng)懸架原有彈性元件和阻尼元件基礎(chǔ)上增加主動(dòng)力裝置通過主動(dòng)力裝置和預(yù)定的控制策略改變懸架特性獲得較好的性能。主動(dòng)懸架能夠有效地抑制車身側(cè)傾保持車身水平。主動(dòng)懸架的作用主要有3個(gè)方面：1、提高舒適性；2、控制車身運(yùn)動(dòng)；3、調(diào)節(jié)車身高度。通過輸入外部能量施加控制力懸架的主動(dòng)控制采用流體傳動(dòng)的控制系統(tǒng)，主動(dòng)液力減振器研究方向之一是采用復(fù)合減振方法減少外部能量的消耗。2．3汽車懸架控制系統(tǒng)的控制方法汽車懸架控制系統(tǒng)大多由傳感器拾取車身絕對速度、車身對車輪的相對速度、車身的加速度等信號、經(jīng)計(jì)算機(jī)處理發(fā)出指令進(jìn)行控制。應(yīng)用于汽車懸架控制系統(tǒng)的控制方法主要是各種現(xiàn)代控制方法。2．3．1最優(yōu)控制最優(yōu)控制是確定明確的目標(biāo)函數(shù)后，通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出使該函數(shù)取極值時(shí)的控制輸入。在汽車懸架系統(tǒng)上應(yīng)用較多的有：線性最優(yōu)控制、最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)見控制等。線性最優(yōu)控制建立在系統(tǒng)較為理想的模型基礎(chǔ)上，采用受控對象的狀態(tài)響應(yīng)與控制輸入的加權(quán)二次型作為性能指標(biāo)，保證受控結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。最優(yōu)控制方法是通過設(shè)計(jì)控制器，在確保閉環(huán)系統(tǒng)各回路穩(wěn)定條件下，使相對于干擾輸出取最小的一種最優(yōu)控制方法。最優(yōu)預(yù)見控制方法不僅考慮車輛即時(shí)的狀態(tài)，還利用前輪的擾動(dòng)信息預(yù)估路面干擾輸入，將測量狀態(tài)變量反饋給前后控制器實(shí)施，對四輪進(jìn)行全預(yù)見控制和后輪進(jìn)行單預(yù)見控制。2．3．2自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制是針對具有不確定性的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，可以自動(dòng)檢測系統(tǒng)參數(shù)變化，保持系統(tǒng)的性能指標(biāo)為最優(yōu)，有自校正控制和模型參考自適應(yīng)控制兩種方法。自校正控制是將受控對象參數(shù)在線識別與控制器參數(shù)整定相結(jié)合的控制方法。模型參考自適應(yīng)控制是指當(dāng)外界激勵(lì)條件和自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，被控懸架系統(tǒng)的振動(dòng)輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ汀?．3．3模糊控制模糊控制其最大特點(diǎn)是允許控制對象沒有精確的數(shù)學(xué)模型，使用語言變量代替數(shù)字變量，在控制過程中包含有大量人的控制經(jīng)驗(yàn)和知識，與人的智能行為相似。2．3．4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用在特定環(huán)境以及采用固定描述方式的多種目的設(shè)計(jì)中。作為一種并行分布式處理系統(tǒng)，它具有自動(dòng)知識獲得、聯(lián)想記憶、自適應(yīng)性可學(xué)習(xí)性和巨量并行性。故在汽車懸架振動(dòng)控制中有廣泛的應(yīng)用前景。第三章懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析3．1懸架的組成如圖3-1，現(xiàn)代汽車懸架一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成[]。圖3-1汽車懸架的組成1彈簧2減振器3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)3．1．1彈性元件由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將達(dá)到很大的數(shù)值，沖擊力傳到車架和車身時(shí)，可能引起汽車機(jī)件的早期損壞，傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架(或車身)與車橋之間作彈性聯(lián)系[]。彈性元件的主要種類有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧及橡膠彈簧等。(1)鋼板彈簧：由多片不等長和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然向上彎曲。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減震作用，縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用，非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減震器，結(jié)構(gòu)簡單。(2)螺旋彈簧：只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒有減震和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減震器和導(dǎo)向裝置。(3)油氣彈簧：以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減震作用，同時(shí)還可調(diào)節(jié)車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。(4)扭桿彈簧：將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。3．1．2減振器彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞，故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減(振幅迅速減小)。為此，在許多結(jié)構(gòu)型式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器[]。目前汽車懸架系統(tǒng)中最廣泛采用的是液力減振器，常見結(jié)構(gòu)如圖3．2。其作用原理是當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運(yùn)動(dòng)，而活塞在缸筒內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，而被油液和減振器殼體所吸收，然后散到大氣中。除了液力減振器以外，目前又陸續(xù)研究開發(fā)了一系列新型減振器，如充氣式減振器、阻尼可調(diào)式減振器等。圖3-2液力減振器3．1．3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)車輪相對于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪(特別是轉(zhuǎn)向輪)的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，否則對汽車某些行駛性能(特別是操縱穩(wěn)定性)有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式的不同，汽車懸架可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架(如圖3-3)。非獨(dú)立懸架(圖3-3a)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架(或車身)的下面。這種懸架結(jié)構(gòu)簡單，傳力可靠，但兩輪受沖擊震動(dòng)時(shí)互相影響。而且由于非懸架質(zhì)量較重，懸架的緩沖性能較差，行駛時(shí)汽車振動(dòng)，沖擊較大。獨(dú)立懸架(圖3-3b)是每個(gè)車輪單獨(dú)通過一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或者車身上．此種懸架兩邊車輪受沖擊時(shí)互不影響，而且由于非懸架質(zhì)量較輕，緩沖與減震能力很強(qiáng)，乘坐舒適。各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非獨(dú)立式懸架，但該懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變得復(fù)雜起來。圖3-3非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架除了彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之外，在許多轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在定器等。所有這些元件共同組成了汽車的懸架系統(tǒng)，共同承擔(dān)著緩沖、減振和傳力的作用，保證汽車正常行駛。3．2懸架設(shè)計(jì)的性能要求根據(jù)汽車?yán)碚摰姆治?，懸架與汽車的多種使用性能有關(guān)，在懸架設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足這些性能的要求，其要點(diǎn)如下：1．保證汽車有良好的行駛平順性。為此，汽車應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率，乘員在車中承受的振動(dòng)加速度應(yīng)不超過國際標(biāo)準(zhǔn)263l—78所規(guī)定的人體承受振動(dòng)界限值。2．有合適的減振性能。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好匹配，保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動(dòng)衰減快。3．保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷定位參數(shù)變化過大，車輪運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。4．汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身穩(wěn)定，減少車身縱傾(即所謂的“點(diǎn)頭”或“后仰”)的可能性。5．能可靠地傳遞車身與車輪間的一切力和力矩，零部件質(zhì)量輕并有足夠的強(qiáng)度和壽命。3．3懸架設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)的選擇根據(jù)前面所述懸架的機(jī)構(gòu)組成及汽車懸架設(shè)計(jì)的性能要求，我們可以知道懸架設(shè)計(jì)的主要對象參數(shù)有以下幾個(gè)：(1)懸架剛度，主要為彈簧剛度；(2)阻尼；(3)簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量之比；(4)防撞緩沖塊的特性；(5)部分輪胎特性；(6)襯套剛度；(7)其他。對懸架設(shè)計(jì)而言，有些參數(shù)可以由設(shè)計(jì)者來確定，而有些則不能或者不能完全由設(shè)計(jì)者所控制。通?？捎稍O(shè)計(jì)者確定的設(shè)計(jì)參數(shù)有懸架剛度、阻尼等，而有些因素，如簧載質(zhì)量、輪胎特性等，通常是出于某些其他方面因素的考慮，因此不能完全由設(shè)計(jì)者所控制。另外，懸架系統(tǒng)中，襯套的剛度主要影響高頻響應(yīng)的傳遞特性，它對低頻下的行駛性能影響較小。此外，在懸架行程達(dá)到極限引起緩沖塊撞擊時(shí)，緩沖塊的特性則屬于典型的非線性響應(yīng)范疇，本文不作介紹。本文的研究重點(diǎn)主要側(cè)重于懸架剛度和阻尼參數(shù)的設(shè)計(jì)方面。3．4懸架設(shè)計(jì)性能評價(jià)指標(biāo)的選擇車輛懸架的兩個(gè)主要功能是保證良好的乘坐舒適性和穩(wěn)定的輪胎載荷。懸架在執(zhí)行該功能的同時(shí)，還必須將懸架行程控制在允許的限度內(nèi)，并滿足在載荷變化、加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎時(shí)對車身姿態(tài)的要求。車輛行駛性能評價(jià)指標(biāo)中，對乘坐舒適性的要求是顯而易見的，而對輪胎載荷均勻性要求則是出于對輪胎抓地性的考慮，由于輪胎產(chǎn)生剪切力的能力會(huì)因載荷的波動(dòng)而減弱，因而應(yīng)盡量避免其載荷波動(dòng)過大。對于一個(gè)給定的懸架系統(tǒng)，其性能可用3個(gè)基本參數(shù)來進(jìn)行定量評價(jià)，實(shí)際上這些參數(shù)代表了懸架互相沖突著的要求，具體介紹如下：3．4．1不舒適性參數(shù)即車身加速度(ACC)不舒適性參數(shù)(Lm．S．valueofweightedBodyAcceleration)定義為IS02631加權(quán)后垂向加速度均方根值。根據(jù)IS02631推薦的加權(quán)方法，將不同的加速度信號進(jìn)行加權(quán)后求和便可得出。這樣一來，車輛復(fù)雜的振動(dòng)環(huán)境就可簡化成僅用一個(gè)特征參數(shù)即可描述其行駛平順性品質(zhì)。對轎車而言，垂直加速度很大程度上決定了車輛行駛平順性品質(zhì)。3．4．2懸架動(dòng)行程(SWS)懸架動(dòng)行程參數(shù)(r.m.s.valueofSuspensionWorkingSpace)，定義為車輪與車身的位移之差的均方根值，以SWS表示，用于描述相對于靜止?fàn)顟B(tài)的位移變化程度。路面對懸架的激勵(lì)可認(rèn)為是隨機(jī)的，并本質(zhì)上服從高斯分布。因此，對線性系統(tǒng)而言，其響應(yīng)也應(yīng)該具有高斯性質(zhì)，并可用正態(tài)分布描述。3．4．3輪胎動(dòng)載荷(DTL)輪胎動(dòng)載荷參數(shù)(r.n1.s.valueofDynamicTypeLoad)，定義為相對于靜平衡位置時(shí)輪胎載荷變化的均方根值。因?yàn)檩喬ポd荷的變化會(huì)引起地面接觸印跡面積的變化，并導(dǎo)致側(cè)向力和制動(dòng)力的減小，所以該參數(shù)可作為衡量輪胎抓地能力的一個(gè)指標(biāo)。輪胎載荷變化引起的輪胎力損失的機(jī)理比較復(fù)雜，基本上可以這樣解釋：當(dāng)需要輪胎來產(chǎn)生橫向或縱向力的情況下，在力充分產(chǎn)生之前，輪胎與地面接觸部分必定變形，而這一變形又反過來要求輪胎應(yīng)滾動(dòng)一定距離，因此在完全獲得輪胎力之前有一短的時(shí)間延遲。當(dāng)輪胎載荷隨懸架運(yùn)動(dòng)而波動(dòng)時(shí)，由于輪胎動(dòng)態(tài)延遲機(jī)理的影響，導(dǎo)致了可用的有效橫向或縱向力減小。總之，如果輪胎的垂直載荷比較穩(wěn)定，則可獲得較大的輪胎力；如果輪胎動(dòng)載荷波動(dòng)增加，隨著輪胎跳動(dòng)的加劇，輪胎產(chǎn)生力的能力將隨之減弱。綜上所述，加權(quán)后的車身加速度、懸架動(dòng)行程、輪胎動(dòng)載荷均方根值，即ACC、SWS、DTL，便為車輛懸架設(shè)計(jì)提供了3個(gè)量化指標(biāo)。然而，只有與其他一些只能通過主觀評價(jià)的因素結(jié)合起來使用時(shí)，對這些指標(biāo)的分析才有意義。這里所說的主觀評價(jià)因素中，一個(gè)最重要的性能指標(biāo)是加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎時(shí)的車身姿勢。比如，在上述工況下，車身的俯仰角及側(cè)傾角主要由懸架剛度決定，而懸架阻尼特性對瞬態(tài)響應(yīng)有顯著影響。雖然不同工況下車輛所表現(xiàn)出來的特性能夠由行駛振動(dòng)模型分別計(jì)算得出，但對所得結(jié)果的分析和解釋在很大程度上取決于制造廠家的主觀判斷，比如他們認(rèn)為對所生產(chǎn)的車輛來說，何種程度的車身姿勢是可接受的。實(shí)際中的情況通常是這樣，可接受的最小懸架剛度由車身姿態(tài)控制確定，而不是由行駛振動(dòng)方面的因素決定。同樣重要的一些因素還包括車輛的負(fù)載情況，如空載、滿載及其影響等。對被動(dòng)懸架車輛來說，寶貴的懸架動(dòng)行程可能會(huì)被額外的負(fù)載占用，而只留下較小的可用懸架行程。這也再次說明，其他方面的考慮可能會(huì)是選擇懸架剛度的主要因素，尤其是在貨車、客車兩用車及小客車的懸架設(shè)計(jì)中?？偟膩碚f，我們在懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，希望車身加速度、懸架動(dòng)行程、輪胎動(dòng)載荷三個(gè)指標(biāo)都盡可能的小，但實(shí)際上，這三個(gè)指標(biāo)在客觀上存在矛盾。其中，車身加速度主要考慮的是汽車的乘坐舒適性，懸架動(dòng)行程則是考慮懸架的振動(dòng)位移與其自身壽命，輪胎動(dòng)載荷則主要是從汽車輪胎與地面的接觸，與汽車的操縱有關(guān)。本文主要研究的是汽車懸架系統(tǒng)參數(shù)對整車行駛平順性的影響，在上述三個(gè)指標(biāo)中，輪胎動(dòng)載荷與汽車的行駛平順性的關(guān)系相對較小，本文不作為主要考慮，而車身加速度對汽車行駛平順性(即乘坐舒適性)的直接反映，懸架動(dòng)行程對汽車的平順性也有較大影響(后續(xù)章節(jié)將作進(jìn)一步研究)，因此，本文將主要考慮懸架剛度和阻尼參數(shù)對于車身加速度和懸架動(dòng)行程的影響，以及針對這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。3．5本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了常見的懸架系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)組成，以及對懸架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)滿足的性能要求。在懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)參數(shù)中，有許多參數(shù)是設(shè)計(jì)者所不能或者不完全掌控的，所以本文將對懸架的主要性能參數(shù)——彈簧剛度和減振器阻尼的特性及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。最后，提出了懸架設(shè)計(jì)的性能評價(jià)指標(biāo)：不舒適性參數(shù)(即車身加速度)、懸架動(dòng)行程和輪胎動(dòng)載荷，其中車身加速度和懸架動(dòng)行程是對汽車行駛平順性的直接反映，它們將作為本文的分析與優(yōu)化的主要評價(jià)指標(biāo)，為懸架特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參照標(biāo)準(zhǔn)。第四章汽車主動(dòng)懸架的最優(yōu)控制及其仿真4．1仿真技術(shù)4．1．1MATLAB軟件介紹MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室(MatrixLaboratory)之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。該軟件的產(chǎn)生是在上世紀(jì)70那年代中期，CleveMoler博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫，EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序庫，LINPACK是解線性方程的程序庫．在當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)程序庫代表矩陣運(yùn)算的最高水平．時(shí)至今日，經(jīng)過MathWorks公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。在國外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。在國內(nèi)，特別是工程界，MATLAB一定會(huì)盛行起來。可以說，無論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。MATLAB軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大、計(jì)算能力驚人的軟件，它集成了數(shù)值計(jì)算、圖形、高級語言編程等多種功能。該軟件萌芽于上世紀(jì)70年代末，直到1984年正式推向市場。自此，該軟件不斷改進(jìn)完善，更高級的版本一代接一代更新出現(xiàn)，直到本世紀(jì)初，MATLAB6．5的出現(xiàn)，功能已經(jīng)相當(dāng)強(qiáng)大，目前還有很多人在用。本文中使用的是MATLAB7版本，它給本課題的研究帶來了巨大的方便。是矩陣的計(jì)算、模型的建立都變的非常簡單。4．1．2仿真環(huán)境介紹Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。本文所應(yīng)用的仿真環(huán)境是一集成仿真環(huán)境，是MathWorks公司的Simulink軟件。Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。它可以編制、分析、設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真模型，它里面有豐富的工具箱，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、DSP等都有專門的工具箱，在這種情況下，即使是一個(gè)語句都不用編寫，就可以搭建簡單的仿真模型。還可以實(shí)時(shí)改變模型數(shù)據(jù)，調(diào)整仿真參數(shù)，得到不同的仿真效果。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，Simulink的應(yīng)用，大大提高了仿真建模效率，其可視化界面也給建模帶來了巨大的方便。作為Matlab的一個(gè)可視化仿真工具，Simulink是基于框圖的設(shè)計(jì)環(huán)境，簡單易學(xué)。它既可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)的建模、也可以實(shí)現(xiàn)離散系統(tǒng)的建模，既可以對線性系統(tǒng)進(jìn)行仿真、又可以對非線性系統(tǒng)仿真。對于復(fù)雜系統(tǒng)，可以利用S函數(shù)或者編寫M文件實(shí)現(xiàn)其仿真。同時(shí)Simulink與多種軟硬件都有通用接口，比如支持CAD文件的導(dǎo)入導(dǎo)出等。Simulink與Matlab軟件的無縫結(jié)合，使它能夠應(yīng)用Matlab的豐富功能，給用戶提供了方便。概括起來，Simulink技術(shù)的有三大優(yōu)點(diǎn)：圖形化建模環(huán)境，這種方式簡單易學(xué)；交互式仿真環(huán)境，既可以通過下拉菜單仿真，又可以使用命令進(jìn)行仿真的啟動(dòng)；專用的模塊庫，不同的用戶可以選擇不同的工具箱，同時(shí)還可以生成代碼。由于Simulink強(qiáng)大的功能和友好的界面，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如通信衛(wèi)星、汽車系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、船舶導(dǎo)航系統(tǒng)等。4．2主動(dòng)懸架系統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)模型前面已經(jīng)提到過，運(yùn)用仿真技術(shù)的前提是要有合理的數(shù)學(xué)模型，本節(jié)主要是講述了兩自由度1／4車體主動(dòng)懸架系統(tǒng)的物理模型，如圖4．1所示。汽車各參數(shù)值見表4．1。準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是得到準(zhǔn)確結(jié)果的前提，在這一個(gè)環(huán)節(jié)中必須做到謹(jǐn)慎，科研中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都來不得半點(diǎn)馬虎，否則可能會(huì)差之毫厘謬以千里，造成與新的成果失之交臂的慘痛代價(jià)。主動(dòng)懸架模型的建立是以牛頓第二定律為基礎(chǔ)的，從力學(xué)平衡的角度入手，建立力學(xué)平衡方程，進(jìn)一步整理，得到系統(tǒng)的狀態(tài)方程。建立模型的過程中，忽略了一些次要參數(shù)，只提取了最主要的參數(shù)，以使模型簡化。表4.1主動(dòng)懸架的單輪模型仿真輸入?yún)?shù)值車輛模型參數(shù)符號數(shù)值單位1/4車身質(zhì)量車輪質(zhì)量懸架剛度輪胎質(zhì)量允許的懸架工作空間MbMwKsKtSWS3204020000+0.1,-0.1KgKgn/mn/mm仿真路面輸入?yún)?shù)路面不平度系數(shù)車速下載止頻率G0U0f0200.1/cyclem/sHz性能指標(biāo)加權(quán)系數(shù)輪胎動(dòng)位移懸架動(dòng)行程車身加速度q1q2q38000051------車身質(zhì)量車身位移車身質(zhì)量 車身速度作動(dòng)器作動(dòng)器懸架彈簧剛度 控制力車身質(zhì)量車身質(zhì)量 車輪位移輪胎剛度 車輪速度 路面位移圖4.11/4單輪車輛模型首先，建立一個(gè)具有主動(dòng)懸架系統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)牛頓定理，得出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如下：（4.1）（4.2）這里，我們采用一個(gè)濾波白噪聲作為路面輸入模型，即：（4.3）式中：-----------路面位移，m;-----------路面不平度系數(shù)，/cycle;-----------車輛前進(jìn)速度，m/s;W-----------均值為零的高斯白噪聲；-----------下截止頻率，Hz。結(jié)合以上三個(gè)式子，將系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程和系統(tǒng)激勵(lì)輸入方程寫成矩陣形式，即得出系統(tǒng)的空間狀態(tài)方程：（4.4）式中：—系統(tǒng)狀態(tài)矢量，=[]T;根據(jù)以求的矩陣我們可以求出系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程：=*+*+*=*+*+*（4.5）=*+*（4.6）=*+*在車輛懸架設(shè)計(jì)中，主要性能指標(biāo)通常是：1、代表輪胎接地性的輪胎動(dòng)載荷；2、代表乘坐舒適性的車身加速度；3、影響車身姿態(tài)且與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置有關(guān)的懸架動(dòng)行程。因此，LQG控制器設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)J即為輪胎動(dòng)位移、懸架動(dòng)行程和車身加速度的加權(quán)平方和的積分值，表示如下：（4.7）其中q1、q2、q3分別是輪胎的動(dòng)位移、懸架的動(dòng)行程和車身加速度，根據(jù)給出的參數(shù)值我們?nèi)3=1。加權(quán)系數(shù)的選擇決定了設(shè)計(jì)者對懸架性能的傾向，如：對車身加速度選擇較大的權(quán)值，那么就意味著懸架系統(tǒng)以提高乘坐舒適性為主要目標(biāo)；若對輪胎動(dòng)位移項(xiàng)選擇較大的權(quán)值，則是出于對提高操作穩(wěn)定性的考慮。將目標(biāo)函數(shù)J表達(dá)式改寫成矩陣形式，即：（4.8）其中當(dāng)車輛參數(shù)值和加權(quán)系數(shù)值確定以后，最優(yōu)控制的反饋增益矩陣K即可由黎卡提方程求出，其形式如下：（4.9）其中控制反饋增益矩陣K由車輛參數(shù)和加權(quán)系數(shù)決定。根據(jù)前面所建立的系統(tǒng)狀態(tài)方程及優(yōu)化性能指標(biāo)函數(shù)，利用已知的矩陣A、B、Q、R、N，調(diào)用MATLAB中的最優(yōu)線性二次控制器設(shè)計(jì)函數(shù)[K,S,]=LQR(A,B,Q,R,N),即可完成最優(yōu)懸架控制器的設(shè)計(jì)。返回的結(jié)果中，為最優(yōu)控制反饋增益矩陣，S為黎卡提方程的解。=[711.88-1241.5-19284-2038.520864]4．3被動(dòng)懸架的動(dòng)力學(xué)模型之前我們建立了主動(dòng)懸架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并寫出了其狀態(tài)方程，四個(gè)矩陣，最終求出了最優(yōu)控制反饋增益矩陣和黎卡提方程的解。但本文主體是通過仿真比較主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)與被動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的三個(gè)性能指標(biāo)。為了更方便我們了解主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架之間的區(qū)別，這里我們將也建立被動(dòng)懸架的車輛動(dòng)力學(xué)模型，并寫出其狀態(tài)方程。表4.2為被動(dòng)懸架的參數(shù)值。表4.2被動(dòng)懸架的單輪模型仿真輸入?yún)?shù)值車輛模型參數(shù)符號數(shù)值單位1/4車身質(zhì)量車輪質(zhì)量懸架剛度輪胎剛度允許的懸架工作空間被動(dòng)懸架阻尼系數(shù)MbMwKsKtSWSCs3204020000+0.1,-0.11000KgKgN/mN/mmN.s/m仿真路面輸入?yún)?shù)路面不平度系數(shù)車速下載止頻率G0U0f0200.1/cyclem/sHz車身質(zhì)量車身位移車身質(zhì)量 車身速度懸架彈簧剛度 懸架阻尼系數(shù)車輪質(zhì)量車輪質(zhì)量 車輪位移輪胎剛度 車輪速度 路面位移圖4.2被動(dòng)懸架系統(tǒng)1/4單輪車輛模型首先，我們同樣建立一個(gè)被動(dòng)懸架系統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)牛頓定理，得出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如下：（4.9）（4.10）這里，我們采用一個(gè)濾波白噪聲作為路面輸入模型，即：（4.11）式中：-----------路面位移，m;-----------路面不平度系數(shù)，/cycle;-----------車輛前進(jìn)速度，m/s;W-----------均值為零的高斯白噪聲；-----------下截止頻率，Hz。結(jié)合以上三個(gè)式子，將系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程和系統(tǒng)激勵(lì)輸入方程寫成矩陣形式，即得出系統(tǒng)的空間狀態(tài)方程：（4.12）（4.13）式中：我們可以得出系統(tǒng)的狀態(tài)方程為=*+*=*+*輸出方程為=*4．4仿真結(jié)果分析與比較搭建好模型以后，即可實(shí)現(xiàn)仿真，可以調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)，使仿真最優(yōu)化。在本文中主要的評價(jià)指標(biāo)是主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架的三個(gè)性能指標(biāo)（車身加速度、懸架動(dòng)行程、輪胎動(dòng)位移）的幅頻特性對比和兩個(gè)懸架系統(tǒng)的三個(gè)懸架性能指標(biāo)的加權(quán)均方根植的對比。之所以選擇車身加速度、懸架動(dòng)行程、輪胎動(dòng)位移作為車輛性能的評價(jià)指標(biāo)，是有原因的。隨著汽車性能的提高，汽車的速度和載重量也不斷增大，們對汽車行駛的舒適性、操作穩(wěn)定性都提出了更高的要求。因此在汽車懸架系統(tǒng)的研究過程中，發(fā)現(xiàn)控制規(guī)律、研究控制規(guī)律，對懸架控制中的最優(yōu)控制的性能指標(biāo)等進(jìn)行評價(jià)是很有意義的。車懸架模型時(shí)，只是提取了最主要的參數(shù)，使模型簡單化，為后面的工作進(jìn)一步研究半主動(dòng)汽車懸架的仿真結(jié)果等打下了基礎(chǔ)。通過以上對最優(yōu)反饋增益矩陣的求解和黎卡提方程的解我們可以運(yùn)用MATLAB仿真畫出主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架的幅頻特性的對比圖。圖4.2主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架車身加速度幅頻特性曲線對比我們運(yùn)用MATLAB進(jìn)行仿真，根據(jù)提供的參數(shù)我們得到如圖4.2是主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架的車身加速度幅頻特性曲線的對比圖。幅頻特性值在頻率為0.1HZ左右時(shí)，主動(dòng)懸架略高于被動(dòng)懸架，隨著頻率的逐漸升高，當(dāng)頻率為1HZ左右時(shí)，被動(dòng)懸架的幅頻特性值明顯高于主動(dòng)懸架。之后隨著頻率的升高，主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架的幅頻特性值趨于相似。之上的圖說明了主動(dòng)懸架顯著的降低了車身的垂直加速度，使車輛的舒適性得到了明顯的提高。圖4.3主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架動(dòng)撓度幅頻特性曲線對比我們可以通過仿真得到以上關(guān)于主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架的動(dòng)撓度幅頻特性曲線對比，發(fā)現(xiàn)主動(dòng)懸架起始頻率的動(dòng)撓度幅頻特性值明顯高于被動(dòng)懸架的幅頻特性值。隨著頻率的升高，我們發(fā)現(xiàn)主動(dòng)懸架的動(dòng)撓度的幅頻特性值緩慢下降并趨于被動(dòng)懸架的動(dòng)撓度幅頻特性值。反過來我們也可以看出被動(dòng)懸架的動(dòng)撓度的幅頻特性值隨著頻率的升高，當(dāng)頻率在1.5Hz左右時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)峰值，之后緩慢下降，以上動(dòng)撓度的仿真結(jié)果形象的表明，被動(dòng)懸架的動(dòng)撓度值一開始隨著頻率的升高會(huì)出現(xiàn)升高，而主動(dòng)懸架的動(dòng)撓度值隨著頻率的升高，逐漸而緩慢的下降，說明主動(dòng)懸架對懸架動(dòng)撓度的改善較為有限，尤其在低頻階段動(dòng)撓度還有一定的惡化。圖4.4主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架輪胎動(dòng)變形幅頻特性曲線對比最后我們通過MATLAB仿真得到的一項(xiàng)結(jié)果就是主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架的輪胎動(dòng)變形幅頻特性曲線對比。通過圖4.4我們可以發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)懸架在頻率12HZ以前，隨著頻率的提高，輪胎的動(dòng)變形逐漸提高，并在12HZ時(shí)達(dá)到峰值，之后迅速降低。而被動(dòng)懸架的輪胎動(dòng)變形在頻率12Hz以前會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，說明被動(dòng)懸架的輪胎動(dòng)變形的幅度明顯大于主動(dòng)懸架，從側(cè)面我們也可以看出，主動(dòng)懸架對輪胎的動(dòng)變形（相應(yīng)地為輪胎動(dòng)載荷）在低頻段有很好的改善，但在輪胎固有頻率附近引起的輪胎動(dòng)變形（亦即動(dòng)載荷）的惡化通過MATLAB仿真，我們得到了車輛的車身加速度、懸架動(dòng)撓度、輪胎動(dòng)變形的幅頻特性曲線的對比圖。同時(shí)我們也可以求出兩個(gè)不同系統(tǒng)的懸架性能指標(biāo)的均方根植。性能指標(biāo)均方根值主動(dòng)懸架 被動(dòng)懸架單位車身加速度0.2712 0.3392m/s*s動(dòng)撓度0.0245 0.0135cm動(dòng)載荷0.00430.0045mm可以看出，在輪胎動(dòng)載荷基本相同的情況下，所設(shè)計(jì)的最優(yōu)主動(dòng)懸架顯著降低了車身的垂直振動(dòng)加速度。但主動(dòng)懸架在改善車身加速度的幅頻特性的同時(shí)，其動(dòng)撓度和動(dòng)載荷并沒有得到相應(yīng)的改善，甚至還出現(xiàn)的惡化。通過以上關(guān)于汽車主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架的三個(gè)性能指標(biāo)幅頻特性的對比圖可以看出，這三個(gè)性能指標(biāo)之間存在著相互制約關(guān)系。4．5汽車懸架系統(tǒng)指標(biāo)的相互制約關(guān)系根據(jù)懸架三個(gè)性能指標(biāo)對路面不平度的速度輸入的頻響函數(shù)可以得出三個(gè)頻響函數(shù)之間的相互關(guān)系：（4.14）（4.15）（4.16）式中，--車身加速度的頻響函數(shù)；--輪胎動(dòng)變形的頻響函數(shù)；--懸架的動(dòng)撓度的頻響函數(shù)。以上說明這樣一個(gè)問題，當(dāng)三個(gè)頻響函數(shù)中的一個(gè)指定后，其他兩個(gè)頻響函數(shù)可以有相應(yīng)的約束方程（4.14）-（4.16）確定。這說明在懸架設(shè)計(jì)時(shí)，不能片面的強(qiáng)調(diào)懸架的車身加速度，忽視懸架的動(dòng)撓度和輪胎的動(dòng)變形。而應(yīng)該在它們?nèi)咧g采取合理的折中方案，才能使總體性能指標(biāo)達(dá)到最佳。4．5．1車身加速度與輪胎動(dòng)變形之間的制約關(guān)系車身加速度與輪胎動(dòng)變形的制約關(guān)系由方程（4.14）確定。將式（4.14）寫成如下形式：（4.17）式中，=，其中，。通過對頻響函數(shù)進(jìn)行微分等一系列的運(yùn)算，我們可以得出，在低頻階段如果車身加速度傳遞特性得到改善，則輪胎的動(dòng)變形的性能也可得到改善?？傊?，我們可以看出，主動(dòng)懸架的車身加速度和輪胎動(dòng)變形的幅頻特性在1Hz以下都有很大改善，而車身加速度幅頻特性在高于10Hz時(shí)的改善卻引起輪胎動(dòng)變形幅頻特性的急劇增大，車輪的接地性急劇惡化。4．5．2懸架動(dòng)撓度與輪胎動(dòng)變形的制約關(guān)系懸架動(dòng)撓度與輪胎動(dòng)變形的制約關(guān)系可由方程（4.15）確定。將式(4.15)寫成如下形式：，式中，，其中，。通過對頻響函數(shù)進(jìn)行微分等一系列的運(yùn)算，我們可以看出，在低頻和高頻段，懸架動(dòng)撓度增加的趨勢非常明顯，而在中頻段之間，懸架動(dòng)撓度有一定的改善。4．5．3車身加速度與懸架動(dòng)撓度的制約關(guān)系假設(shè)車身加速度得到改善，即車身加速度頻響函數(shù)有如下關(guān)系，>0（4.18）對式（4.16）中的頻響函數(shù)微分，得（4.19）得（4.20）式中，，為動(dòng)撓度影響函數(shù)。懸架平順性的改善對動(dòng)撓度的制約因素可直接由動(dòng)撓度影響函數(shù)確定。在低頻段和車輪固有頻率附近主動(dòng)懸架的動(dòng)撓度比被動(dòng)懸架有很大的增加，僅在懸架的固有頻率（接近1Hz）附近，懸架的平順性和動(dòng)撓度同時(shí)得到改善。4．6本章小結(jié)從上面的分析可以看出，描述懸架性能的三個(gè)頻響函數(shù)滿足方程式（4.14）-(4.16)確定的約束條件。當(dāng)三個(gè)頻響函數(shù)中的任意一個(gè)給定以后，其他兩個(gè)就不能隨意給定。從控制的觀點(diǎn)來看，用一個(gè)控制量，去控制三個(gè)被控制量，不可能找到這樣的一個(gè)控制率，使三個(gè)被控制量都能按期望的規(guī)律變化。因此在懸架的設(shè)計(jì)中，不能片面強(qiáng)調(diào)某一性能的指標(biāo)，而忽視其他兩個(gè)性能的指標(biāo)，這樣往往導(dǎo)致其他兩個(gè)性能指標(biāo)的惡化。設(shè)計(jì)時(shí)必須在三個(gè)性能指標(biāo)之間選擇一個(gè)折中方案，使總體效果達(dá)到最佳。通過理論分析已經(jīng)指出三個(gè)頻響函數(shù)所包含的不變點(diǎn)，并且這些不變點(diǎn)出現(xiàn)在重要的頻率范圍之內(nèi)。因此在懸架設(shè)計(jì)時(shí)，不要把目標(biāo)放在不變點(diǎn)，或固有頻率段內(nèi)的性能改變上。已經(jīng)證明，懸架的平順性（車身加速度）和輪胎的動(dòng)變形和簧載質(zhì)量固有頻率可得到同時(shí)改善。在非簧載質(zhì)量的固有頻率w1附近或高于w1的頻率段，減少輪胎的動(dòng)變形，則必大幅度降低懸架的車身加速度。同樣，在非簧載質(zhì)量固有頻率w2附近改善懸架的平順性，也必然增加輪胎的動(dòng)變形，兩者必居其一。約束方程表明，改善輪胎的動(dòng)變形一般要求增加懸架的動(dòng)撓度。在懸架的固有頻率w2附近可使懸架的平順性和動(dòng)撓度同時(shí)得到改善，而在低頻和接近非簧載質(zhì)量固有頻率w1頻段內(nèi)，改善懸架的平順性則必然增加懸架的動(dòng)撓度。第五章總結(jié)與展望汽車懸架系統(tǒng)是汽車必不可少的重要組成部分，它影響著乘坐的舒適性、行駛的平順性和操控的穩(wěn)定性，為了使這三項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最佳，有必要研究汽車懸架的各參數(shù)對懸架的作用。汽車傳統(tǒng)的車輛懸架系統(tǒng)是被動(dòng)懸架系統(tǒng)，是按某種特定的路面狀況和車輛運(yùn)行態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。近年來，主動(dòng)控制懸架系統(tǒng)研究有了較大發(fā)展。本章總結(jié)了全文的研究工作，概括歸納出本文中所得到的結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)，同時(shí)也指出了本課題研究過程中的問題和不足，迸一步明確了下一步的研究方向，即研究展望部分，指出了在以后的研究中需要注意的問題。本課題以主動(dòng)懸架系統(tǒng)的最優(yōu)控制的研究為來源，人們對汽車懸架的舒適性和操作穩(wěn)定性要求不斷提高的社會(huì)背景下，在科技發(fā)展水平不斷提高，車輛技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速提高下提出的。管從宏觀角度還是微觀角度，本課題的研究都有重要的意義。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對主動(dòng)懸架的最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)。論文主要完成了以下工作內(nèi)容：1、首先介紹了課題的背景及來源即汽車懸架的歷史及發(fā)展概況以及國內(nèi)、外對主動(dòng)、半主動(dòng)懸架的研究現(xiàn)狀。次從多個(gè)層面分析了研究本課題重要意義，既有助于我國汽車工業(yè)的發(fā)展，又可以滿足人們的主觀需求，意義重大。再次回顧了懸架系統(tǒng)的發(fā)展歷程，總結(jié)出了智能懸架的發(fā)展趨勢，最后概括了汽車懸架控制方法的演變過程，層層剖析了懸架的結(jié)構(gòu)和功能，對懸架系統(tǒng)有了質(zhì)的認(rèn)識。2、概述了懸架控制系統(tǒng)。介紹了懸架系統(tǒng)的分類，并分析了被動(dòng)懸架、半被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架的性能，比較了其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出半主動(dòng)懸架系統(tǒng)將是未來懸架發(fā)展的一大趨勢，并將其作為本文的研究對象。同時(shí)介紹懸架的幾種控制方法。3、簡述了懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析。介紹了懸架的組成、懸架設(shè)計(jì)的性能要求、懸架設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)的選擇、懸架設(shè)計(jì)性能評價(jià)指標(biāo)的選擇。介紹了常見的懸架系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)組成，以及對懸架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)滿足的性能要求。在懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)參數(shù)中，有許多參數(shù)是設(shè)計(jì)者所不能或者不完全掌控的，所以本文將對懸架的主要性能參數(shù)——彈簧剛度和減振器阻尼的特性及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。最后，提出了懸架設(shè)計(jì)的性能評價(jià)指標(biāo)：不舒適性參數(shù)(即車身加速度)、懸架動(dòng)行程和輪胎動(dòng)載荷，其中車身加速度和懸架動(dòng)行程是對汽車行駛平順性的直接反映，它們將作為本文的分析與優(yōu)化的主要評價(jià)指標(biāo)，為懸架特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參照標(biāo)準(zhǔn)。4、簡單介紹了Matlab+Simulink仿真軟件的性能特點(diǎn)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展歷程，并建立了主動(dòng)懸架系統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用已經(jīng)給出的參數(shù)值，搭建了仿真模型，對仿真結(jié)果進(jìn)行比較，總結(jié)出主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。本文所選擇的汽車懸架性能指標(biāo)是車身加速度、懸架動(dòng)撓度和輪胎動(dòng)變形，這三個(gè)性能指標(biāo)很好的說明了汽車舒適性、操作穩(wěn)定性的影響因素，畫出主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架的三個(gè)性能指標(biāo)的幅頻特性對比曲線。并結(jié)合仿真的結(jié)果，求出兩個(gè)不同系統(tǒng)的性能指標(biāo)均方根值，并作出比較。研究展望：由于課題研究時(shí)間和研究進(jìn)度的安排，也限于本人的能力，本論文的內(nèi)容還有很多地方值得改進(jìn)。在目前已經(jīng)完成控制器的設(shè)計(jì)和仿真模型的分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步構(gòu)建實(shí)際的研究平臺(tái)。本文針對主動(dòng)懸架系統(tǒng)的最優(yōu)控制展開了一系列的理論探索，但是由于汽車懸架是一個(gè)非常復(fù)雜的多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，懸架的控制是一門多學(xué)科交叉的復(fù)雜課題，受到人們的極大關(guān)注僅僅只有十余年的時(shí)間，發(fā)展還不完善，所以有許多更深入的問題有待于研究。1、綜合考慮各方面因素，建立整車模型，更加全面的分析影響汽車懸架系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性和舒適性的影響因素，克服模型不精確帶來的影響，汽車的行駛工況復(fù)雜，外界信號干擾多且不確定，這給整車模型的建立帶來了不變，是建立整車模型時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)。2、進(jìn)一步加強(qiáng)最優(yōu)控制理論在主動(dòng)懸架控制領(lǐng)域的應(yīng)用，車輛主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵任務(wù)之一，就是要尋求一個(gè)能夠?yàn)檐囕v提供良好性能的控制律。廣泛應(yīng)用于主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)中的應(yīng)是隨機(jī)線性二次最優(yōu)理論。我們在重點(diǎn)學(xué)習(xí)它的同時(shí)，并熟悉其他控制方法，如自校正控制。3、進(jìn)一步解決汽車懸架三個(gè)性能指標(biāo)之間的制約關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)找到折中的方案，使總體效果達(dá)到最佳。4、走出實(shí)驗(yàn)室，與生產(chǎn)廠家合作，爭取能夠設(shè)計(jì)出能夠應(yīng)用在實(shí)車上的主動(dòng)控制懸架系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行整車道路試驗(yàn)，評價(jià)其行駛的舒適性和操作穩(wěn)定性，同時(shí)考核控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。對課題的研究不能只是處于理論階段，要時(shí)刻準(zhǔn)備著應(yīng)用到實(shí)際生活中，這樣的研究才有意義。一旦條件成熟，就把它投入到實(shí)際應(yīng)用，最終目的就是將科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，為提高我國汽車懸架的設(shè)計(jì)制造水平盡一份力?？傊?，汽車懸架系統(tǒng)的改變，是一個(gè)不斷進(jìn)步的過程，當(dāng)今的科技日新月異，隨著交叉學(xué)科的發(fā)展，各學(xué)科之間的聯(lián)系更加緊密，其他科技領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)可能也會(huì)給汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇。目前還處于理論研究狀態(tài)的主動(dòng)懸架，由于能耗大，實(shí)現(xiàn)困難，成本高，但是這些缺點(diǎn)在今后并不是不能克服的，廣大學(xué)者的不斷研究，必然推動(dòng)這一天的早日到來。參考文獻(xiàn):[1]張孝祖.車輛控制理論基礎(chǔ)及運(yùn)用.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2007[2]李軍．汽車主動(dòng)懸架控制方法的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].渝州大學(xué)學(xué)報(bào)，1999[3]趙桂范．汽車設(shè)計(jì)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994[4]慧文，孫小娟，張偉．汽車懸架控制技術(shù)的發(fā)展[J]．森林工程，1998[5]余強(qiáng)．汽車懸架控制技術(shù)的發(fā)展[J]．汽車技術(shù)．1994[6]CrollaDA,Vehicledynamics—theoryintoPractice,ProcInstnMechEngrspartD,1996[7]HrovatD．Surveyofadvancedsuspensiondevelopmentandrelatedoptimalcontrolapplication[J]．Automatic，1997[8]余志生.汽車?yán)碚?第二版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社，1994[9]葉靄云.汽車發(fā)展史.北京.北京工業(yè)大學(xué)出版社，2005[10][英]DaveCrolla，喻凡.車輛動(dòng)力學(xué)及其控制.第一版.人民交通出版社，2004[11]張洪欣.汽車設(shè)計(jì).第二版.機(jī)械工業(yè)出版社，1999[12]黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真.北京:國防工業(yè)出版社,2001[13]張洪欣.解春陽.轎車懸架最優(yōu)減振特性的研究.汽車工程出版社，1993[14]李迪,郭忠菊，王軍方，陳才偉.利用Matlab的汽車主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)仿真，山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003[15]容一鳴，陽杰.車輛隨機(jī)輸入的動(dòng)態(tài)仿真和試驗(yàn)研究.汽車工程，2001[16]萬鋼，秦明，吳憲.轎車懸架技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.上海汽車，2004[17]郭新華.汽車構(gòu)造.北京：高等教育出版社，2004．7第一版[18]喻凡，郭孔輝．車輛懸架的最優(yōu)自適應(yīng)與自校正控制[J]，汽車工程1998[19]高衛(wèi)民，劉霄.汽車懸架振動(dòng)分析研究方法.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997[20]張洪欣.汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué).第一版.同濟(jì)大學(xué)出版社，1996致謝本文是在我的導(dǎo)師張孝祖教授的精心指導(dǎo)下完成的，在大學(xué)本科四年之間，張老師孜孜不倦的工作精神、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度以及正直磊落的為人品質(zhì)都給了我深刻的影響，將使我終身受益。謹(jǐn)慎的治學(xué)態(tài)度、敏銳的科研思路和實(shí)事求是的科研作風(fēng)是我四年來的最大收獲，對我今后的人生有十分重要的意義。在此論文完成之際，衷心感謝張老師對我在學(xué)業(yè)上的殷切教誨以及生活上的極大關(guān)懷。衷心感謝汽車學(xué)院的各位老師在學(xué)業(yè)上給予的耐心指導(dǎo)，老師良好的修養(yǎng)、淵博的學(xué)識、高尚的品格和誠摯的為人為我樹立了做人的標(biāo)準(zhǔn)。感謝我的同學(xué)和朋友，與他們在學(xué)習(xí)和生活中進(jìn)行的交流和探討使我受益匪淺，在我最需要安慰和幫助的時(shí)候，是他們給我了希望、信心和勇氣，對于他們的關(guān)心和幫助，在此表示衷心的感謝。最后，衷心感謝我的父母，在過去十幾載寒窗苦讀的歲月中，正是他們給予了我堅(jiān)定的支持和鼓勵(lì)，陪伴我克服一個(gè)又一個(gè)困難，他們的支持和關(guān)心，使我的學(xué)業(yè)得以順利完成。附錄：1計(jì)算被動(dòng)懸架車身加速度幅頻特性函數(shù)文件functionz2=H1(w);mb=320;mw=40;ks=22000;kt=;cs=1000;f0=0.1;A=[-cs/mb,cs/mb,-ks/mb,ks/mb,0;cs/mw,-cs/mw,ks/mw,-(kt+ks)/mw,kt/mw;1,0,0,0,0;0,1,0,0,0;0,0,0,0,-2*pi*f0];B=[0;0;0;0;1];C=[-cs/mb,cs/mb,-ks/mb,ks/mb,0;0,0,1,-1,0;0,0,0,1,-1];I=eye(5);G=C*inv(j*w.*I-A)*B;z2=abs(G(1));2計(jì)算被動(dòng)懸架動(dòng)撓度幅頻特性函數(shù)文件functionfd=H2(w);mb=320;mw=40;ks=22000;kt=;cs=1000;f0=0.1;A=[-cs/mb,cs/mb,-ks/mb,ks/mb,0;cs/mw,-cs/mw,ks/mw,-(kt+ks)/mw,kt/mw;1,0,0,0,0;0,1,0,0,0;0,0,0,0,0];B=[0;0;0;0;1];C=[-cs/mb,cs/mb,-ks/mb,ks/mb,0;0,0,1,-1,0;0,0,0,1,-1];I=eye(5);G=C*inv(j*w.*I-A)*B;fd=abs(G(2));3計(jì)算被動(dòng)懸架輪胎動(dòng)變形幅頻特性函數(shù)文件functionFd=H3(w);mb=320;mw=40;ks=22000;kt=;cs=1000;f0=0.1;A=[-cs/mb,cs/mb,-ks/mb,ks/mb,0;cs/mw,-cs/mw,ks/mw,-(kt+ks)/mw,kt/mw;1,0,0,0,0;0,1,0,0,0;0,0,0,0,0];B=[0;0;0;0;1];C=[-cs/mb,cs/mb,-ks/mb,ks/mb,0;0,0,1,-1,0;0,0,0,1,-1];I=eye(5);G=C*inv(j*w.*I-A)*B;Fd=abs(G(3));4計(jì)算主動(dòng)懸架車身加速度幅頻特性函數(shù)文件functionz2A=HA1(q1,q2,q3,w);mb=320;mw=40;ks=20000;kt=;f0=0.1;q1=80000;q2=5;q3=1;A=[0,0,-ks/mb,ks/mb,0;0,0,ks/mw,(-kt-ks)/mw,kt/mw;1,0,0,0,0;0,1,0,0,0;0,0,0,0,-2*pi*f0];B=[1/mb;-1/mw;0;0;0];F=[0;0;0;0;1];C=[0,0,-ks/mb,ks/mb,0;0,0,1,-1,0;0,0,0,1,-1];D=[1/mb;0;0];Q=[0,0,0,0,0;0,0,0,0,0;0,0,q2+(ks*ks)/(mb*mb),-q2-(ks*ks)/(mb*mb),0;0,0,-q2-(ks*ks)/(mb*mb),q1+q2+(ks*ks)/(mb*mb),-q1;0,0,0,-q1,q1];R=q3/(mb*mb);N=[0;0;-q3*ks/(mb*mb);q3*ks/(mb*m