半主动悬架模糊控制系统仿真分析.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 半主动悬架模糊控制系统仿真分析 姓名：周翔 申请学位级别：硕士 专业：机械工程 指导教师：曹树平 2011-05-27 I 华中科技大学硕士学位论文 华中科技大学硕士学位论文 摘摘 要要 汽车行驶平顺性和乘坐舒适性是衡量汽车品质的重要指标随着社会经济的发展， 人们对汽车品质的追求越来越高，对汽车行驶平顺性和乘坐舒适性的要求也越来越高 本文在建立半主动悬架数学模型的基础上，设计半主动悬架模糊控制系统，以提高汽车 行驶平顺性和乘坐舒适性 汽车车身的垂向振动是影响汽车行驶平顺性的主要因素 为了分析汽车车身的垂向 振动对乘坐舒适性的影响，将悬架七自由度整车模型简化为二自由度 1/4 车体模型，讨 论并分析了影响汽车平顺性的性能指标，即车身加速度、悬架动挠度、车轮动载荷；模 拟仿真出汽车在 A、B、C 三级路面行驶时的路面输入位移曲线 建立被动悬架、半主动悬架 1/4 车体模型的数学模型，仿真出其在 A、B、C 三级 路面激励下车身加速度、悬架动行程、车轮动载荷曲线，并比较在不同路面激励和不同 阻尼系数条件下的车身加速度、悬架动行程和车轮动载荷，可知通过改变半主动悬架的 阻尼系数，能够降低汽车的垂向振动。

根据归纳总结出的模糊控制规则， 设计了以车身加速度偏差和加速度偏差变化率为 模糊输入变量的模糊控制器，在此基础上建立半主动悬架模糊控制系统仿真模型，并进 行系统仿真，获得了模糊控制半主动悬架车身加速度、悬架动行程、车轮动载荷曲线 根据半主动悬架模糊控制系统与被动悬架的仿真结果可知， 模糊控制作为一种智能 控制方式，应用于半主动悬架可有效提高减振性能，能够有效降低汽车的垂向振动，并 改善汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性 关键词关键词：半主动悬架 模糊控制 数学模型 仿真分析 平顺性 II 华中科技大学硕士学位论文 华中科技大学硕士学位论文 Abstract The car travelling comfort and operation stability is an important indicator to evaluate the quality of car. With the development of social economic, people pursue better quality of the car travelling and operation stability. On the basis of establishing semi-active suspension mathematical model, this dissertation designs semi-active suspension fuzzy control system to improve the car travelling and ride comfort. Vertical vibration of vehicle body is a main factor that it affects car travelling and ride comfort. In order to analyse vertical vibration of vehicle body which impacts on passengers, the suspension total model is simplified to two-degree of freedom model of quarter car. Discusses and analyses the performance indicators which affect the car travelling and ride comfort. The performance indicators include vehicle body acceleration, suspension dynamic travel, dynamic load of car wheel. Simulation draws displacement curve of pavement input on A、B、C three pavements. Mathematical models based on passive suspension and semi-active suspension of quarter car are established. Then simulation obtains the curve of vehicle body acceleration and suspension dynamic travel and dynamic load of wheel on three pavements. Compare their differences in different pavement incentive and damper coefficient, the result shows change damper coefficient can reduce vertical vibration of vehicle. According to generized and summarized fuzzy control rules, the fuzzy controller with two fuzzy input variables which are acceleration deviation of vehicle body and the rate of change of acceleration deviation respectively are designed. On the basis of the fuzzy controller, simulation model of semi-active suspension fuzzy control system is established, then make the system simulate. Analyse the results of simulation based on fuzzy control system, the results shows fuzzy control ,as an intelligent control, applied to semi-active suspension whose performance of damping surpasses passive suspension’s can effectively reduce car’s vertical vibration, further improve car travelling and ride comfort. Keywords: semi-active suspension， fuzzy control， mathematical model， simulation analysis， travelling comfort 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本论文属于 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保 密□，在 年解密后适用本授权书 不保密□ 1 华中科技大学硕士学位论文 华中科技大学硕士学位论文 1 绪绪 论论 1.1 课题的来源、目的和意义课题的来源、目的和意义 1.1.1 课题来源、目的课题来源、目的 本课题为自选课题在对悬架模型进行简化基础上，建立其动力学数学模型，并对 被动悬架、半主动悬架的平顺性性能指标进行仿真分析；然后以半主动悬架为控制对象 建立半主动悬架模糊控制系统， 仿真分析装有半主动悬架模糊控制系统的汽车在 A、 B、 C 三级路面行驶时的振动结果，并与被动悬架的振动结果进行比较，以验证半主动悬架 模糊控制系统的减振效果优于被动悬架。

1.1.2 课题的研究意义课题的研究意义 随着社会经济的不断发展、 科学技术的进步以及汽车工业的发展和人民生活水平的 提高，人们对汽车性能的要求也越来越高不仅需要满足人们对汽车的各种功能需求， 而且乘员对汽车乘坐舒适性和操纵安全性也提出了进一步的要求因此，乘坐舒适性和 操纵稳定性被列为现代高速、高效汽车的一个重要的评价指标汽车悬架性能的优劣是 汽车舒适性和操作安全性的主要影响因素但是，汽车悬架是一个复杂的非线性系统， 很难建立其精确的数学模型， 而传统的经典控制和现代控制都要求建立被控对象精确的 数学模型，在精确数学模型基础上实现对被控对象的控制而模糊控制最大的特点是不 需要建立被控对象精确的数学模型，适合悬架这种复杂的非线性系统 模糊控制用语言变量代替数字变量，根据大量的专家知识和经验，按照一定的语言 规则进行逻辑推理实现对被控对象的控制当汽车受到不平路面的冲击时，悬架对缓和 路面的激励和迅速衰减车身的振动起着重要的作用， 可以降低汽车振动对人体的伤害以 及汽车零部件的磨损如果人体长时间处于振动状态中，人会出现疲劳，严重时可能出 现呕吐，恶心；另一方面，汽车长期处于较大振动中，会加速零部件的磨损，降低其有 效的使用时间；这些因素的变化将导致汽车的操纵稳定性和行驶安全性的恶化。

因此， 研究半主动悬架模糊控制系统降低汽车在行驶过程中的振动具有重要的意义 1.2 汽车悬架的概述汽车悬架的概述 悬架是汽车的重要组成部分之一，它是连接汽车车身与车轮的装置[1]悬架的主要 2 华中科技大学硕士学位论文 华中科技大学硕士学位论文 作用是将车轮受到的力和能量传递到车身上，吸收路面由于不平给汽车带来的冲激能 量，降低汽车的振动，提高行驶平顺性所以，悬架性能的优劣对汽车的操作稳定性和 行驶平顺性有很大的影响，关系着乘坐的舒适性和安全性，平顺性的评价指标必须符合 悬架相关参数的要求 悬架按振动控制方式可分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架三种基本类型[2]三 种类型的简略结构图分别如图 1.1~图 1.3 m2 m1 m2 m1 m2 m1 k2 c k1 xr xt xs xr xt xs k2 c k1 xs xt xr k2 k1 力发生器 图 1.1 被动悬架 图 1.2 半主动悬架 图 1.3 主动悬架 图 1.1~图 1.3 中，m2为簧载质量；m1为非簧载质量；k2为悬架刚度；c 为减振器阻 尼系数；k1为轮胎刚度；xr、xt、xs为路面输入位移、非簧载质量的位移、簧载质量的 位移 被动悬架（即传统悬架）的弹性元件和阻尼元件的参数是固定的，不随汽车行驶路 况的变化而变化。

由于被动悬架具有固定的弹簧刚度和阻尼系数，被动悬架只有在特定 的某一工况下，其性能指标才能达到最优对于不平路面，外部激励不断发生变化，被 动悬架不能一直工作在。