基于malab的汽車主動懸架建模與仿真

主動駕駛采用主動控制的封閉原理，傳感器發送信號，響應裝置動作相應，防止車身振動，顯著提高車輛穩定性，保持更理想的工作狀態。這是被動懸掛和半被動懸掛的優點。國外主動懸架技術研究比較充分,我國主動懸架技術研究相對落后,清華大學,吉林大學,同濟大學等高校正在舉辦相關的研討活動。其中,清華大學的寇發榮與方宗德教授,合肥工業大學的陳無畏教授,上海交通大學的喻凡教授等對主動懸架進行了系統的研究調查白玉任澤凱等1路面模型及評估從輸入開始,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,路面不平度又稱路面不平度函數。路面不平度用q來表示,其功率譜密度用一個函數來表達,如公式(1)所示,n是自變量,G是這個函數的符號,下角標q強調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,表示每米長度包括幾個波長;n本文采用白噪聲經過積分器這種方法來創建路面輸入模型。汽車駛過坑洼路面,要探討輪胎受到的激勵,需要把前后輪分開來討論,因為前后輪駛過同一個坑洼點的時間是不同的。假設汽車通過這一路面時,是勻速駛過的,后輪與前輪的區別在于時間上的滯后,滯后時間是后軸距離L與車速u取決。通過相關文獻可得表達式(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積分產生前后輪胎的隨機路面模型,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為車輛行駛速度,定義u=20m/s;ω()t為均勻分布的白噪聲;Z通過以上數學分析,利用MATLAB/Simulink對前輪、后輪駛過的隨機路面輸入進行仿真,以白噪聲為外激勵源,模擬C級路面前、后輪路面響應如圖1和圖2所示。車輛懸架的性能涉及許多因素,少量的數據無法進行評估。歐洲EUSAMA規定檢測時要以輪胎與地面能否一直接觸為標準,能持續接地說明懸架性能好。我國在上述這一標準上制定了自己的標準2001-JT/T448,建議以懸架能吸收多少激勵作為評價懸架性能。此外,對懸架性能的評估還有主觀評估和客觀評估。主觀評價就是人的感受為主,懸架性能的優劣是通過人們坐在車上舒不舒服來判定的;客觀評價是由振動響應量來恒定,路面的振動與懸架和人構成一個統一的整體,所以用來衡量平順性的指標也可以用來評價懸架,即車身加速度(ACC)、懸架動撓度(SWS)和輪胎相對動載荷(DTL)2獨立懸浮式pid控制器設計2.1自由度主動懸架模型在主動懸架系統中,傳感器用于測量簧上質量和簧下質量加速度,并將傳感器的模擬信號發送到控制器。控制器設計為采取必要的動作來提高已經設置的性能,控制器將信號放大,放大的信號反饋給執行機構,形成一個閉環系統(主動懸架系統)以產生所需的力。基于主動懸架的1/4車輛二自由度模型如圖3所示,這可以避免作動器出現故障失效的缺點,得到以下運動微分方程,見公式(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一定的模糊規則對PID的參數進行實時的優化,以克服傳統PID參數無法實時調整PID參數的缺點。首先,車輛傳感器會采集到垂直車速和車身垂直加速度,然后,將采集到的數據經過算法處理,會得到與車身加速度、懸架動撓度和輪胎相對動載荷的偏差E,以及當前偏差和上次偏差的變化(差值)EC兩個值(即此算法為2維輸入,同理也可以是1維和3維,但2維更適合電動汽車)。本文對于參數自調整模糊控制器的輸入變量(車身垂直速度與垂直加速度)與輸出變量均選擇五個模糊子集來描述,即負大(NB),負中(NM),零(ZO),正中(PM),正大(PB)。車身垂直速度與垂直加速度的論域均為[-1.5,1.5],建立相應的隸屬度函數;輸出變量的論域均為[-1,1],建立相應的隸屬度函數。利用工程設計人員的實際經驗,確定其控制規則如表1、表2和表3。對于輸出變量采用了重心法進行輸出變量的反模糊化計算。32.2自由懸浮模的模擬比較分析3.1主動懸架模型仿真根據公式(8)和公式(9),搭建主動懸架模型,選取C級路面激勵,對上述二自由度1/4車主動懸架Simulink模型進行仿真,取K3.2模糊pid控制懸架模型根據所設計的PID懸架仿真模型與基于模糊PID控制的主動懸架仿真模型,設置仿真時間為10秒,點擊仿真按鈕進行仿真。以積分白噪聲隨機路面激勵作為輸入,分別將車身加速度、輪胎動載荷以及懸架動撓度的scope圖形合成在一起,來分析兩種懸架的性能優劣。仿真結果見圖7、圖8和圖9所示。由圖7可知,模糊PID控制下的主動懸架的車身加速度小于PID控制下懸架的車身加速度,在PID控制下,懸架的車身加速度的路面幅值最高達到1,模糊PID控制下的主動懸架控制在了0.4以內,表明模糊PID控制的主動懸架較PID控制的懸架而言,車身加速度小,說明懸架將來自地面的振動傳遞至車身的加速度小,有利于增加汽車駕駛的舒適性。由圖8可知,模糊PID控制下的主動懸架的輪胎動載荷控制在了0.1數值小于PID控制下的懸架的0.15數值,表明了模糊PID控制的有效性,輪胎動載荷小,表明輪胎與路面之間的動載與懸掛重力的比值越小,汽車的操穩性和安全質量更好。由圖9可知懸架動撓度過大會增加撞擊限位塊的概率,使汽車行駛的平順性變差,同時也會影響乘坐舒適性和行駛安全性。基于模糊PID控制下的主動懸架相較PID控制下的懸架而言,懸架的動撓度有效控制在了10以內,PID控制下的懸架的動撓度最高可達15數值,模糊PID控制降低了懸架動撓度幅值,表明控制的有效性。4基于慣性力的pid控制策略汽車的懸架系統對于汽車的舒適性有很大的影響,目前國內外對主動懸架的研究主要是在傳統汽車上,相對于電動汽車的主動懸架研究較少,尤其是電機大扭矩起步要求電動汽車主動懸架對慣性力的沖擊能有效的緩解。隨著電動汽車的不斷普及,乘坐電動汽車出行也越來越多。電動汽車的主動懸架研究會不斷增多,在考慮電動汽車特性的基礎上,本文提出了一種基于車身垂直速度與加速度