车辆主动悬架的优化设计和模糊控制的研究_图文

1、分类号密级学位论文车辆主动悬架的优化设计和模糊控制的研究作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：刘桂然刘平副教授东北大学先进制造及自动化研究所硕士学科类别：工学机械电子工程年月论文答辩日期：年月年月答辩委员会主席：了凡蝣、，一、¨，一，、寻天勉伺兼，哽东北大学年月夕，。，。气：女、弗，；÷独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明

2、确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：曼越。，日期：加啤；日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、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磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。（如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。）学位论文作者签名：签字日期：导师签名：签字日期： 东北大学硕士学位论文摘要车辆主动悬架的优化设计和模糊控制的研究摘要在车辆工程中，悬架对车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性的提高起着关键作用。目前，汽车上普遍采用的是被动悬架。在车辆行驶过

3、程中，由于被动悬架的阻尼和刚度无法进行调节，因而不能适应行驶过程中复杂多变的情况。而主动悬架却能够根据汽车运行的实际状况，及时、准确地调整控制力的大小，使悬架处于最优的减振状态。因此，悬架的分析对于汽车的设计和开发具有重要的意义。本课题以虚拟样机技术、先进控制技术为前提，提出了使用当前最流行的动力学分析软件和具有强大模糊推理逻辑的软件作为工具，来对主动式麦弗逊悬架进行优化设计和振动分析。首先，通过分析悬架的结构、各部分相对位置关系以及悬架在整车坐标系中位置，在中建立了悬架的动力学模型。然后，在模拟的路面激励下，分析悬架定位参数（如前轮外倾角、主销外倾角等）的变化情况。并以这些定位参数为目标变量

4、，对所建立的模型在中进行优化分析。通过优化前后对比来求得悬架系统的优化解，为悬架系统的物理样机的设计提供了参考。其次，在整个设计中，控制策略是决定主动悬架系统控制效果好坏的关键性因素。本文在主动悬架机械模型的基础上，通过比较各种控制策略的优势，又考虑到车辆的非线性因素，最终采用了不需要精确数学模型的模糊控制方式。利用中的模糊控制工具箱，提出控制规则，建立起主动悬架的控制器。通过实时改变作动力的大小，来减小车身垂直方向的加速度。通过联合仿真，既发挥出的动力学建模、求解的优势，又使得优越的控制性能都得到充分发挥。而且使机械设计和控制设计可以共享同一虚拟的悬架模型。经过分析比较，可以看出采用模糊控制

5、这种新型控制策略进行主动悬架控制是合理的、可行的。它和被动悬架控制相比，能更有效地提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。关键词：主动悬架；优化设计；模糊控制；联合仿真月谚：一东北大学硕士学位论文，依，、析，谢，；东北大学硕士学位论文目录目录独创性声明摘要第章绪论国内外悬架技术的现状及发展趋势车辆悬架的分类车辆动力学计算方法和发展趋势在车辆动力学中的应用。主动悬架的控制策略。本课题主要任务本文研究的主要内容本文研究的意义第章主动式悬架控制方案研究悬架的功能及结构分析悬架的功能悬架的结构分析麦弗逊式悬架的结构分析控制策略的选取主动式麦弗逊悬架控制设想第章车辆动力学模型麦弗逊悬架模型的建立：的建模原理麦

6、弗逊独立悬架虚拟样机的构建悬架在中的优化悬架运动分析定位参数分析参数优化分析东北大学硕士学位论文目录车辆模型的建立传统分析中车辆模型中的多体动力学模型随机路面模型频域内路谱模型、时域内路谱模型四轮输入时的考虑路谱文件的建立第章主动悬架控制器的设计。模糊控制器的结构选择量化因子和比例因子的确定模糊控制规则的选取模糊语言变量的确定输入量、输出量的模糊规范化。确定语言值的隶属函数主动悬架模糊控制规则：模糊逻辑推理第章车辆的仿真与平顺性分析：机械系统动态仿真一联合仿真控制系统联合仿真控制可行性分析联合仿真方案的设计联合仿真控制系统的建立仿真及结果分析第章结论与展望结论展望参考文献致谢东北大学硕士学位论

7、文第章绪论第章绪论随着世界汽车工业的不断发展壮大，汽车工业在世界经济发展中的地位越来越突出，逐渐成为各主要汽车生产国的支柱产业，并对世界经济的发展和社会的进步产生巨大的作用和深远的影响。汽车是当前世界上最主要的交通工具之一，在将来它仍然是世界上的主要交通工具，任何别的交通工具都不可能完全把汽车取代。我国汽车工业引进技术及其国产化进程的实际成就，标志着我国汽车工业己经完成历史性的转变，奔向了中国汽车工业的起飞阶段。为了适应对汽车日趋严格的关于节能、排放和安全的法规要求，并满足人们对于汽车安全性、舒适性、便利性的要求，汽车传动和行驶控制系统的研究与改进就成了必不可少的环节。汽车平顺性就是保持汽车在

8、行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性能，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。平顺性是现代高速、高效率汽车的一个主要性能指标。国内外悬架技术的现状及发展趋势悬架系统是汽车的一个重要组成部分。汽车的悬架装置是指连接车身（车架）和车轮（车桥）之间的全部零件和部件的总称。悬架系统是提高车辆平顺性（乘坐舒适性）、安全性（操作稳定性）和减少动载荷引起零部件损坏的关键。一个好的悬架系统不仅要能改善汽车的舒适性，同时也要保证汽车的安全性，要提高汽车的舒适性必须限制汽车车身的加速度，这就需要悬架有足够的变形吸收来自路面的作用力。然而，为了保证汽车的安全性，悬架的变形又必须限制在一个很小的范围内。为了

9、改善悬架性能必须协调舒适性和操纵稳定性之间的矛盾，而这个矛盾只有通过采用折衷的控制策略才能合理解决。因此，研究汽车振动、设计新型悬架系统、将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施。悬架技术研究是改善车辆整体性能的基础课题之一。车辆悬架振动控制系统的研究和开发是车辆动力学和控制领域的国际前沿课题【。总体上看，系统建模的合理化、控制策略的智能化和控制过程的实用有效化是当今主动悬架开发研究的一大特点，这些研究将极大地丰富了汽车悬架控制的理论基础，有力地推动了悬架在汽车上应用的进程。车辆悬架的分类根据悬架的功能、结构和位置等的不同，悬架有很多分类方法，下面给予简单的介绍，。东北大学硕士学位论丈

10、第章绪论非独立悬架与独立悬架根据汽车两侧车轮是否相关联，悬架可以分为非独立悬架与独立悬架两种：（）非独立式悬架两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬架与车架相连。这种悬架结构简单，传力可靠，但两轮受冲击振动时互相影响。当汽车行驶在左右倾斜的凹面上时。非独立悬架车辆的车体发生明显的倾斜，而且由于非悬架质量较大，悬架的缓冲性能较差，行驶时汽车振动、冲击较大。该悬架一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上。在轿车中，非独立悬架仅用于后桥。悬架的结构，特别是悬架导向机构的结构，随所采用的弹性元件不同而有差异，有时甚至差别很大。如果采用螺旋弹簧、气体弹簧，则导向机构较复杂，而钢板弹簧本身却可兼起

11、导向机构的作用，并有一定的减振作用，因此在非独立悬架中大多数采用钢板弹簧作为弹性元件。（）独立式悬架汽车的每个车轮单独通过一套悬架安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或车身上，这种悬架两边车轮受冲击时互不影响，而且由于非悬架质量较轻，在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，悬架所受到的冲击载荷也越小。独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度，提高缓冲能力与减振能力等。采用此种悬架的轿车、客车及载人车辆，可明显提高乘坐舒适性。并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。对于越野车辆、军用车辆和矿山车辆，在路面情况较差的情况下，也可保证全部车轮与地面的良好接触，从而增大车辆的牵引力。此外还

12、可增大汽车的离地间隙，提高汽车轮胎的附着性及通过性，最大限度发挥汽车的性能，这些特点使独立悬架广泛地被采用在现代汽车上。缺点是这种悬架结构的复杂性使驱动桥、转向系等部件也变得相对复杂。独立悬架的结构有等多种，这里只介绍一下双横臂式、烛式和麦克弗逊等几种常用的悬架。其中烛式和麦弗逊式形状相似，两者都是将螺旋弹簧与减震器组合在一起，但结构上又有很大区别：（）双横臂式悬架双横臂式悬架由上短下长的两根横臂连接车轮与车身，两根横臂都非真正的杆状，而是大体上类似英文字母或，这样的设计既是为了增加强度，提高定位精度，也为减震器和弹簧留出了安装空间和安装位置。同时，下横臂的长度较长，且与车轮中心大致处于同一水

13、平线上。这样做的目的是为了当车轮跳动导致下横臂摆动时，不致产生太大的摆动角，也就保证了车轮的倾角不会产生太大变化。这种结构比较复杂，但经久耐用，同时减震器的负荷小，寿命长。（）烛式悬架烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬架形式，形状似烛形而得名。特点是主销位置已。东北大学硕士学位论文第章绪论和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化，有利于汽车的操纵性和稳定性。（）麦弗逊式悬架麦弗逊式悬架又称为滑柱摆臂式悬架。它结构相对比较简单，只有下横臂和减震器与弹簧三个部件连接车轮与车身。麦弗逊式悬架是铰结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减震器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上

14、下跳动而变化，这点与烛式悬架正好相反。这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。且具有重量轻，占用空间小，上下行程长等优点，所以，麦弗逊式悬架是目前轿车上使用最多的独立悬架，本课题就是采用麦弗逊式悬架作为对研究象进行分析，其详细结构将在后面章节作详细介绍。前悬架和后悬架根据悬架在汽车中的位置，可以分为前悬架和后悬架两种：（）前悬架系统前悬架目前基本上都采用独立悬架系统，即左右两个车轮各自独立地通过悬挂装置与车体相连，也就意味着可以各自独立地上下跳动。悬架系统由连杆机构和弹簧、减震器组成三角形、四边形或其它形状的连接方式以固定车轮与车身的相对位置，在弹簧的作用下使车轮可以

15、相对车身上下运动。最常见的有双横臂式和麦弗逊式。（）后悬架系统后悬架系统的种类比前悬架要多，原因之一是驱动方式的不同决定着后车轴的有、无。后悬架系统主要有连杆式和摆臂式两种。（）连杆式连杆式主要是在驱动方式，并在后车轴左右一体化（与中间的差速器刚性连接）的情况下使用。过去多采用钢板弹簧支撑车身，现在从提高行车平顺性上来考虑，多使用连杆式和摆臂式，并且使用平顺性好的螺旋弹簧。连杆在左右两侧各有一对，分为上拉杆和下拉杆。上下拉杆作为传递横向力（汽车驱动力）的机构，通常再与一根横向推力杆一起组成五连杆式构成。横向推力杆一端连接车身，一端连接车轴，其目的是为了防止车轴（或车身）横向窜动。当车轴因颠簸而

16、上下运动时，横向推力杆会以与车身连接的接点为轴做画圆弧的运动，如果摆动角度过大会使车轴与车身之间产生明显的横向相对运动，与下摆臂的原理类似，横向推力杆也要设计得比较长，以减小摆动角。（）摆臂式连杆式悬架与车轴形成一体，弹簧下方质量大，且左右车轮不能独立运动，所以颠簸路面对车身产生的冲击能量比较大，平顺性差。因此常采用摆臂方式，这种方式是仅车轴中间的差速器固定，左右半轴在差速器与车轮之间设万向节，并以万向节为中心摆动。车轮与车架之间用型下摆臂连接。“”的单独一端与车轮刚性连接，另外两个端点与车架连接并形成转动轴。根据这个转动轴是否与车轴平行，摆臂式悬架又分为全拖东北大学硕士学位论文第章绪论动式摆

17、臂和半拖动式摆臂，平行的是全拖动式，不平行的叫半拖动式。被动悬架与可控悬架按照能否自动调节悬架刚度和阻尼力来分，又可分为被动式悬架和可控制悬架，而可控悬架又可以根据有源与无源分成主动悬架和半主动悬架如图所示。串融非簧载质量传感器传感器“）（）（）图三种悬架系统的简化模型（）被动悬架（）主动悬架（）半主动悬架（）（）被动悬架传统的悬架系统主要由弹簧、减震器、稳定杆及轮胎等组成。弹簧、减震器和轮胎的综合特性决定了汽车的行驶性能和操纵稳定性。但是，机械装置的基本规律指出：良好的乘坐舒适性和良好的操纵稳定性在使用定刚度弹簧和定阻尼减震器的传统悬架中不能同时得到满足。例如，提高汽车的乘坐舒适性，要求悬架

18、特性比较软，以满足汽车行驶在不平路面上是车轮较大的运动空间，但结果必将导致汽车在行使过程中，由于路面的颠簸而使车轮位移增大，对汽车的操纵稳定性带来不利的影响：反之，为提高汽车的操纵稳定性，要求较大的弹簧刚度和较大的减震器阻尼力，以限制过大的车身运动（如汽车转弯时的车身侧倾，汽车紧急制动时的点头和减速行驶时的俯仰现象），但这时即使汽车在最光滑、最平坦的道路上，也会使汽车车身产生颠簸，从而影响汽车的乘坐舒适性。传统的悬架在设计过程中不可避免的要进行乘坐舒适性和操纵稳定性的折中，尽管近几年传统悬架在结构上不断更新和完善，采用优化设计方法设计，使汽车（尤指轿车）的乘坐舒适性和操纵稳定性有很大提高，如横

19、臂式独立悬架、纵臂式独立悬架、车轮沿主销移动的悬架（麦弗逊式和烛式）等的采用，但传统悬架系统仍然受许多限制，如最终设计的悬架参数（弹簧刚度、减震器的阻尼系数）是不可调节的，传统悬架系统只能。一、玉东北大学硕士学位论文第章绪论保证汽车在一种特定路面和行驶速度的条件下达到最优，并且只能被动的承受地面对车的作用力。（）半主动悬架半主动悬架的基本原理是：用可调弹簧或可调减震器组成悬架，并根据簧载质量的速度等相应的反馈信号，按照一定的控制规律，调节可调弹簧的刚度或可调减震器的阻尼力。年，和首先推出了半主动悬架的概念。还提出天棚阻尼控制模型和实现方法。直到世纪年代初期才有试验性的产品问世。随着电子技术和计

20、算机技术的发展，半主动悬架逐步从实验室走向工厂。年，等人提出了“开关控制的半主动悬架。年日本丰田汽车公司开发了具有种减振工况的“开关式半主动悬架，并应用于型轿车上。年，在半主动悬架控制方法中引入了方法，改进了控制算法的稳定性。年日本日产公司首次将“声纳式半主动悬架系统应用于轿车上，它可预测路面信息，悬架减震器有“柔和、“适中和“稳定种选择状态。世纪年代以后，研究的显著特点是新型智能材料在半主动悬架上的运用。年，等人使用电流变和磁流变体作为工作介质，研究了新型半主动悬架系统。年，采用美国德尔福公司磁流变减震器的半主动悬架系统被应用在高档车上，此悬架系统能根据行驶情况自动改变减振阻尼。（）主动悬架

21、主动悬架是年公司的在悬架设计中首先提出的思想。年和又做了类似的研究。，和做了应用伺服机构作为主动元件的理论研究。年，汽车上首次应用了车身高度控制技术，年又开发成功了手动变换减震器阻尼力的新技术，以后又开发了自动变换减震器阻尼力、弹簧刚度的电子控制悬架。年，世界上首先推出了装有主动悬架的轿车，这是一种装备有控制悬架能量的空压式主动悬架。年又推出了装有油气弹簧的主动悬架。从各种理论分析和模拟实验的结果可以看出，主动悬架的各种性能显著优于被动悬架。特别是随着微型电路技术的发展，使主动悬架的发展前景更为可观，日产汽车公司开发的一种电控液压主动悬架主要由液压和电子控制两大系统组成，其中液压系统由油泵、储

22、油罐、各轮压力控制阀、工作缸以及安全阀等组成，具有控制车辆侧倾、俯仰、跳动等功能，具有柔和吸收路面输入干扰的特性，通过调整控制阀内的各种参数可以使车辆的性能达到最佳状态。但由于半主动悬架控制系统消耗的能量小，造价低。因此，尽管主动悬架的提出早于半主动悬架，但在商业上的应用，半主动悬架却早于主动悬架。不过近年来，随着控制技术的成熟，执行机构、传感器和微处理器等硬件技术的迅猛发展，特别是高效廉价东北大学硕士学位论文第章绪论微处理机的普及，使得研究实用的高性能主动悬架振动控制系统成为现实。目前，世界上许多大公司正在加紧研制并推广应用主动悬架技术。对装有主动悬架的许多车辆的使用结果表明，主动悬架有着被

23、动悬架无可比拟的优越性，可以预见主动悬架有着巨大的应用前景。表为被动悬架、半主动悬架和主动悬架的性能比较【。表各种悬架性能比较车辆动力学计算方法和发展趋势计算机仿真分析的传统方法是通过数值积分求解描述车辆性能的系统运动微分方程，既可获得时间域的结果，也可对线性化的车辆模型进行稳定性分析及频域响应分析。多体动力学及相应软件的发展及成熟，为建立精细的复杂模型求解提供了可能性，使车辆动力学模型能够建立得更加准确。基于车辆动态系统的通用性描述，多体动力学分析方法将车辆各系统看作是由铰链和内力连接起来的刚体集合，在外力作用下产生运动。车辆动力学研究中常用的计算方法及软件基本上分为以下几类【】：（）面向目

24、标设计的车辆仿真软件；（）产生仿真结果的多体软件：（）产生代数方程的多体软件；（）由用户提供模型的软件包。以上四种计算方法概括如图所示。早期的动力学软件分析中，大多数采用面向目标设计的仿真软件。该仿真软件是基于特定的车辆模型推导出一组运动方程编写而成，可对多种不同参数值进行反复运算，并可获得时域下的仿真结果。在仿真程序编写前，首先要保证模型的正确性。由于针对某一特定车辆进行程序编写，这也意味着仿真后的程序不能修改，也不能添加其它特性。如世纪年代美国密歇根大学交通研究所开发的，由于不能根据不同结构的车辆进一步开发，修改或更新模型，因而限制了该软件的使用范围。声东北大学硕士学位论文第章绪论：代数型

25、车辆；小。毛巨面向车辆的软件工具箱（通相应范围内的线性与车辆参数组一用车辆模型、悬架模型等）非线性分析。图供设计人员选用的计算方法近年来，对车辆这样复杂的模型进行高精度仿真的能力大大提高。而这个进步是由计算机硬件和建模软件求解能力的实质性改善而得以实现的。多体系统动力学理论为复杂机械系统的结构设计、分析和优化提供了有力的支持。由于系统各部分间的大位移运动和空间非线性关系，在构造动力学方程时面临繁重的代数和微分运算，而且由于方程的非线性致使不可能求得封闭的解析解。因此利用计算机解决复杂系统的设计、分析和优化问题成为近年来力学和机构设计等领域的一个重要研究方向。多体动力学软件的建模原则是尽可能地建

26、立与真实系统本身接近的动力学模型。在车辆系统动力学分析中，比较流行的多体分析软件生要有：、等。为了建立描述系统的运动方程，这类软件所需的详细信息包括以下几个方面：（）坐标系（包括参考坐标系和绝对参考坐标系）；（）质量参数（质量、转动惯量）；（）几何定位参数；（）约束类型（球铰、平面铰）；（）力学（弹簧、阻尼、作动器）；（）外力（轮胎力、空气阻力、驾驶员输入等）。因此，用户必须依次考虑系统的每个元件，并输入相应的数据。建模的关键是系统的自由度要符合实际系统，既不可以欠约束，也不可过约束。在多体系统动力学软件中，又根据是否内置有数学求解程序而分为两类：（）数值型方程在数值型多体动力学软件中，其数值

27、型方程直接嵌入软件包中的数值型积分程序求解，并可以获得时域仿真输出。通常，这些输出可与计算机复杂设计软件或实体模型信息连接起来，以产生系统运动的直观动画效果，从而方便设计者观看系统运动过程。对于数值型多体动力学软件来说，若某一参数发生变化，整个系统方程组必须重新生成，东北大学硕士学位论文第章绪论整个过程完成之后，仿真程序才可以再次运行。和是数值型多体动力学软件的两个典型实例。（）代数型方程与数值型多体动力学软件相比，代数型多体力学软件产生的是代数形式的运动方程，其求解方程是通过外挂于多体软件之外数值积分程序进行求解。因而对于任意给定的模型，系统方程只生成一次，且在必要时可由用户监测，也可以用其

28、它数学软件包对这些方程在给定参数下进行求解。因而代数型多体软件的主要优点是当参数值改变时，只有包含该参数的方程进行重新求解，其它系统方程保持不变。具有代表性的软件如、等。在车辆动力学中的应用（）软件，是由美国机械动力公司（）开发的最优秀的机械系统动态仿真软件，是世界上最具权威性、使用范围最广的机械系统动力学分析软件。用户使用软件，可以自动生成包括机电液一体化在内的、任意复杂系统的多体力学数字化虚拟样机模型，能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计、到产品方案修改、优化、试验规划甚至故障诊断各阶段、全方位、高精度的仿真计算分析结果，从而达到缩短产品开发周期、降低开发成本、提高产品质量及竞争

29、力的目的。由于具有通用、精确的仿真功能，方便、友好的用户界面和强大的图形动画显示能力，所以该软件己在全世界数以千计的著名大公司中得到成功的应用。国外的一些著名大学也己开设了介绍软件的课程，而将三维软件、有限元软件和虚拟样机软件作为机械专业学生必须了解的工具软件。根据年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，软件占据了销售总额近千万美元的份额。一方面是机械系统动态仿真软件的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是机械系统动态仿真分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型机械系统动态仿真分析的二次开发工

30、具平台。在产品开发过程中，工程师通过应用软件会收到明显效果（）分析时间由数月减少为数日；（）降低工程制造和测试费用；（）在产品制造出之前，就可以发现并更正设计错误，完善设计方案；（）在产品开发过程中，减少所需的物理样机数量：（）当进行物理样机测试有危险、费时和成本高时，可利用虚拟样机进行分析和仿真；（）缩短产品的开发周期。利用软件建使用建立虚拟样机非常容易。通过交互的图形界面和气东北大学硕士学位论文第章绪论丰富的仿真单元库，用户快速地建立系统的模型。与先进的软件（、）以及软件（）以进行计算机图形格式文件的相互交换以保持数据的一致性。软件支持并行工程环境，节省大量的时间和经费。利用软件建软件包括

31、三个最基本的解题程序模块：（基本环境）、（求解器）和（后处理）。另外还有一些特殊场合应用的附加程序模块，例如：（轿车模块）、（机车模块）、（驾驶员模块）、（轮胎模块）、（线性模块）、（柔性模块）、（控制模块）、（有限元模块）、（液压模块）、（接口模块）、（与的接口模块）、（高速动画模块）等。气具备强大的分析功能：（）可有效地分析三维机构的运动与力。例如，可以利用来模拟作用在轮胎上的垂直、转向、陀螺效应、牵引与制动、力与力矩；还可应用进行整个车辆或悬架系统道路操纵性的研究。（）利用可模拟大位移的系统。很容易处理这种模型的非线性方程，而且可进行线性近似。（）可分析运动学静定系统。本身是一个通用多体

32、仿真分析软件，但如果直接利用构造汽车的各系统（如悬架及转向系统）甚至整车模型，则十分复杂。针对这种情况，公司先后就汽车工业特点开发了，模块是软件包中的一个专业化模块，主要用于对轿车（包括整车及各个总成）的动态仿真与分析。是和、及等公司联合开发的整车设计模块。由于它是专门针对汽车行业而开发的。所以能够快速建造高精度的整车虚拟样机。其中包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等。自身为读者的学习提供了四种整车模型。还包括常用工况下的汽车常用的转向系统模型、传动系统模型、车身模型、发动机模型、制动模型、悬架模型、道路模型、轮胎模型等。用户也可以根据自身的实际需要在中建好模型。然后通过（与

33、接口）就可以对汽车进行相应的仿真分析。可见，我们可以根据实际需要，利用所提供的子系统并选择合适的子系统模型组成新的汽车模型。也可以直接建模。具有强大的运动学与动力学解算能力，求解方法是采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法。建立系统动力学方程，对虚拟系统进行静力学、运动学和动力学分析。输出位移、速度、加速度和反作用力曲线；可以通过高速动画直观地再现各种试验（例如：天气、道路状况，驾驶员经验）整车的动力学反应。并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数。东北大学硕士学位论文第章绪论对于悬架系统来说，在仿真结束后，可自动计算出种悬架特性。根据这些常规的悬架特性，用户又可定义出

34、更多的悬架特性，产品设计人员完全可以通过这些特性曲线来对悬架进行综合性能的评价和分析【，。主动悬架的控制策略理论研究主要是从控制机理方面揭示各种控制规律对悬架系统动态特性的影响，如对行驶平顺性、操纵稳定性及系统的能量需求等的影响。近年来，还针对实际悬架系统的非线性，系统建模的不精确性，以及参数的时变性等问题，提出了非线性控制、白适应控制方法：对系统的鲁棒性、主动执行器的方案设计和动态特性等也作了一些分析研究【，（）空钩式控制理论【】空钩式控制理论由美国教授提出，其要求由执行器产生一个与车身的上下振动绝对速度成比例的控制力来衰减车身的振动，这种控制原理适用性强、效果显著。由被动悬架系统和空钩式主

35、动悬架系统的传递函数可知，被动悬架的共振峰在空钩式主动悬架中完全得到了控制，并且在各个频率点均表现出了优越的隔振性能。除了对车身振动的控制外，若要考虑对轮胎动载的控制，可引入轮胎相对变形速度负反馈，加大轮胎的等效阻尼来实现，可望在车身振动和轮胎动载的抑制上均能得到改善。（）最优控制【】最优控制是首先确定一个明确的目标函数，通过一定的数学方法计算出使该函数取极值时的控制输入。一般情况下，目标函数的确定要靠经验，最优控制的解只有在极少数情况下才能得出解析解，有的可以通过计算机得到数值解。在车辆悬架系统上应用最优控制较多，常用的有线性最优控制、鼠，最优控制和最优预见控制等。（）线性最优控制线性最优控

36、制是将车辆简化成一个线性系统，并将路面激励及系统的振动过程看成平稳随机过程，采用受控对象的状态响应与控制输入的加权二次型作为性能指标，同时保证受控结构在动态稳定条件下实现最优控制。例如，将线性二次型调节器控制理论和线性二次高斯型控制理论应用于车辆悬架系统以实现最优控制。（）鲁棒（）控制鲁棒（）控制是一种考虑参数时变性及动态非线性的控制方法，它可以在系统设计阶段对这些可能的影响因素加以考虑，从而将这些因素对系统的影响减小到最低限度。耳。控制就是一种典型的鲁棒控制方法。皿，最优控制方法是通过设计控制器，在确保闭环系统各回路稳定的条件下，使相对于干扰的输出取最小的一种最优控制方法。为了模拟由于车身质

37、量、轮胎刚度以及减震器阻尼系数等变化不确定的误差，应用鼠最优控制方法可使车辆悬架振动控制具有较强的适应不确定因素影响的能力。（）最优预见控制一东北大学硕士学位论文第章绪论当遇到较大或突变的干扰时，由于系统提供的作用力峰值和执行组件响应速度的限制，很可能无法输出所需的控制力，达不到希望的控制效果。预见控制由于通过某种方法提前检测到前方道路的状态和变化，使系统有时间采取相应的措施，这就可能降低系统的能量消耗且大幅度改善系统控制特性。最优预见控制是在最优控制的基础上加入路面信息前馈的成分。实际车辆系统的四轮输入激励总是存在一定的相关性，即设后轮的输入较前轮输入存在一个时间延迟。若将车轮前方的路面信息

38、预先前馈给控制器，并在输出控制信号中加以考虑，以求系统的性能会得到大幅度的提高。预见控制在基本方法上分两类：第一类是将前悬架的状态信息作为后悬架的前馈信息，从而增强后悬架以及系统整体的性能；第二类方法是测量车辆前方道路的路面信息，以此信息来控制悬架系统执行器的动作。由于第一类方法不需要增加路面信息传感器，只需从前悬架的状态中对路面信息加以估计，因而更具有现实可行性。由于这种控制技术可以提前检测到前方路面的状态和变化，将使控制系统有足够的时间采取措施。因此，可大大降低系统的能耗，且改善系统的控制性能。根据预见信息的测量及利用方法不同，可构成不同的预见控制系统，如对四轮进行预见控制和利用前轮扰动信

39、息对后轮进行预见控制。采用最优预见控制方法，预见时间的选择对控制效果影响很大。（）自适应控制一般控制策略都假定系统为时不变系统，故无需改变增益系数，从而也无法适应车辆动力性变化和操纵情况，而实际上由于外界干扰、组件的非线性等因素，系统的实际情况是非线性时变系统，所以自适应控制比最优控制更加接近于车辆实际。常规线性最优控制的理论及工程实现相对较简单，但是忽略了实际系统中存在的非线性和时变性。系统动态特性的非线性以及参数的时变性，不仅会影响系统的实际性能，严重时还可能导致系统的不稳定。自适应控制可以随车辆各种不同的运行工况而作出响应，着重于随路面激励变化而适应的能力上，而不是将重点放在车身模型的变

40、化上，因为后者变化远远小于前者，而增益系数的调节可运用线性随机控制理论来确定。应用于车辆悬架振动控制的自适应控制方法主要有自校正控制和模型参考自适应控制两种方法。自校正控制是一种将受控对象参数在线识别与控制器参数整定相结合的控制方法，如图所示，关键是解决实时环境识别和在线优化等问题。模型参考自适应控制的原理是：以实际系统与参考模型之间的输出误差为优化目标，随着实际系统参数的变化，自动地调节状态反馈系数，从而达到以理想模型为目标的最优性能。东北大学硕士学位论文第章绪论图自适应控制系统（）人工神经网络人工神经网络作为一种并行分布式处理系统，它具有自动知识获得、联想记忆、自适应性、良好的容错性和推广

41、能力。悬架系统的神经网络应用具有控制作用的神经网络，通过对控制网络的权系数进行在线调整，控制器经过学习，对悬架系统进行在线控制，使系统输出逐渐向期望值接近。（）模糊控制近年来，模糊控制己被应用在车辆悬架系统中，其特点是允许控制对象没有精确的数学模型，使用语言变量代替数字变量，在控制过程中包含有大量人的控制经验和知识，与人的智能行为相似，提高理论的可行性。模糊控制器的输入量可选择车身加速度和车身与车轮的相对速度，输出量为动力装置产生的作用力。本课题主要任务本文研究的主要内容在主动悬架研究中，需要研究的问题可归结为以下五类：（）外部干扰描述；（）悬架系统模型的建立；（）控制策略设计；（）系统仿真与评价；（）控制系统具体实现。其中，前两个问题是各种悬架设计都需要研究的基础性问题。问题是整个主动悬架控制技术的核心，对悬架特性的影响举足轻重。问题则涉及到具体的设备驱动电路和控制逻辑电路的建立以及执行机构设计、制造与性能等多方面实际问题，在本文中不做讨论，所以归纳起来，这里主要涉及四大方面的工作：（）通过对麦弗逊式悬架结构的研究，建立基于的麦弗逊悬架的动力学模型，然后对所建立的模型进行以特征参数为目标的优化设计研究，得出一个最优的模型。（）在熟悉悬架系统