车辆油气悬架的被动和主动控制方案比较及其仿真.docx

摘要：本论文紧跟时代发展的趋势，主要研究汽车油气悬架的被动和主动两种控制方案的特点及其区别。所谓车辆的被动控制是通过优化车辆自身结构参数来使其振动尽可能小，而主动控制则通过人为在结构上加上一对大小相等方向相反的不断变化的外力，来抵消结构产生的振动。通过对汽车悬架的控制，可以有效地改变汽车行驶的平顺性从而提高乘客乘坐的舒适性，这是乘客对于汽车最直观的感受和需求之一。本文设计的主动控制方案主要利用状态反馈控制算法，在汽车轮胎和车身之间施加一对可以随时改变的外力来抵消由于汽车行驶的路面不平而引起的悬架振动带来的车体晃动。利用牛顿力学定律，选取白噪声信号作为路面不平度的输入信号，通过建立四分之一车辆悬架模型，利用MATLAB的lqr函数进行最优控制，并利用Simulink模块进行仿真。然后将得出的结果与传统的被动控制方案结论进行对比分析，从而得出两种控制方案的优缺点，为人们更好地控制汽车的操作稳定性，使汽车在恶劣环境中行驶平稳，带来更舒适的乘坐体验提供了理论基础，也为汽车产业的发展指明了方向。

关键词：车辆悬架；被动控制；主动控制；Simulink仿真

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 车辆悬架系统简介-1

1.1.1 被动式悬架系统-2

1.1.2 主动式悬架系统-2

1.2 课题的研究背景及意义-3

1.2.1 车辆悬架系统的研究现状-3

1.2.2 车辆悬架控制的研究意义-4

1.3 论文的研究内容及方案-4

1.3.1 论文的研究内容-4

1.3.2 方案的原理、特点与选择依据-5

1.3.3 控制方案的设计步骤-5

2 动力学系统建模-6

2.1 动力学系统的微分方程模型-6

2.1.1 牛顿力学的三大定律-6

2.1.2 动力学系统基本元件-7

2.1.3 动力学建模的基本定理-7

2.1.4 微分方程描述-8

2.2 动力学系统的状态空间模型-10

2.2.1 状态空间的基本概念-10

2.2.2 稳定性分析-12

2.2.3 状态反馈和输出反馈-13

2.3 微分方程模型与状态空间模型的关系-13

2.3.1 两种模型特征对的关系-13

2.3.2 化高阶微分方程为状态方程-14

3 主动控制技术-16

3.1 控制系统的基本概念-16

3.1.1 基本术语-16

3.1.2 控制系统的组成部分-16

3.1.3 控制系统的一般要求-17

3.2 PID控制-17

3.2.1 PID工作简介-17

3.2.2 PID控制模型-18

3.3 最优控制-19

3.3.1 最优控制问题的提出-19

3.3.2 线性二次型系统的最优控制-20

4 MATLAB的仿真集成环境——Simulink-21

4.1 Simulink概述-21

4.2 Simulink的使用-21

4.2.1 基本界面操作-21

4.2.2 Simulink的模块库-22

4.3 Simulink仿真-24

4.4 S-函数的设计-24

5 车辆油气悬架的主被动控制及其仿真-26

5.1 系统物理模型的建立-26

5.1.1 被动悬架系统模型-26

5.1.2 主动悬架系统模型-27

5.2 系统状态空间方程的建立-27

5.2.1 被动悬架系统状态方程-27

5.2.2 主动悬架系统状态方程-28

5.3 悬架系统模型的稳定性分析-29

5.3.1 被动悬架系统稳定性-30

5.3.2 主动悬架系统稳定性-30

5.4 主被动悬架系统模型的MATLAB仿真及其比较-32

5.4.1 几种不同输入信号的响应-33

5.4.2 用白噪声模拟路面输入的仿真结果-38

6 总结与展望-42

6.1 全文总结-42

6.2 展望-42

参 考 文 献-43

致 谢-44