车辆悬架技术-课件王国丽2014-控制策略

主要内容文献综述半主动悬架技术介绍国内外研究状况各种控制策略介绍研究准备1.

1/4车辆动力学模型分析2.

随机路面激励模型的建立时滞分析控制设策计略1.

天棚阻尼控制2.

天棚地棚阻尼混合控制车实辆时悬控架制半主动悬架实时控制系统框架电磁阀式可调阻尼减振器试验实时控制系统仿真分析1.

时滞的来源2.

控制时滞的仿真分析研究展望1.

研究展望文献综述一.半主动悬架技术的介绍1.

悬架系统分类性能可控性传统

悬架主要运用在廉价车型克服了平顺性与稳定性的主动悬架 半主动悬架造价、简单性低廉、简单可靠研究开发阶段运用最为广泛，各种中高端车型2.

半主动悬架技术阻尼分级可调式半主动悬架系统阻尼无级可调式根据车辆的运动状态，实时控制阻尼难度大，灵活性高，需要高频响应原件根据路面激励的统计特性控制阻尼容易实现车辆可在运动、舒适等模式切换控制策略：天棚阻尼控制，PID控制，最优控制，自适应控制，智能控制等。变阻尼的实现：阻尼材料方向（磁流变减振器），结构方向（电磁阀减振器）文献综述二.国内外研究状况国外1973年Crosby和Karnop提出半主动悬架概念并提出天棚阻尼控制1975年Margolis提出开关控制半主动悬架1983年丰田公司将两级切换是半主动悬架运用在Toyota

280GT车型随后三菱和日产公司也使用了阻尼切换式半主动悬架1986年Kimbrogh引入了Lyapunov方法，改进了控制的稳定性1988年日产研制了声纳时半主动悬架，1994年使用电流变和磁流变流体作为减振器工作介质80年国内始研究90年代后期取得一定进展系统的建模、仿真与试验近几年可调阻尼减振器的研制但因为工艺，技术和控制等问题，自主的半主动悬架技术还没实现进入90年代后，半主动悬架技术已经成熟，各大公司均有采用全主动悬架技术开始研制，成为新的热点领域

北理工 等人路面信息文献综述三.控制策略的介绍天棚阻尼控制：测量仪器少，算法简单假想的天棚阻尼与车身的绝对速度成正比Crosby和Karnop提出，国内研究最多车身绝对加速度不能准确测量簧下质量振动缺乏控制PID控制：自适应控制：根据经验进行调节器参数的 调整国内

， 等人有所研究控制简单，不需要被控对象的数学模型

参数调节不够准确，需要大量试验自动地在舒适性和

稳定性之间取舍

自动地调整控制器的反馈增益模型参考自适系统 自校正系统逐渐成为悬架系统控制的主要发展方向智能控制：混合算法控制：模糊控制，不需要建立悬架系统精确的数学模型神经网络控制，具有

近悬架模型的非线性函数的能力结合两种或两种以上的算法优点，行程的混合控制算法神经网络自适应PID控制，自适应LQG控制，模糊自适应控制等研究准备一.1/4车辆动力学模型分析系统的运动方程：m1x1

k1

(x1

x0

)

Fr

k

(x2

x1

)

0m2

x2

Fr

k

(x2

x1

)

0其中：Fr

c(x2

x1)

F1

2,

x

]T系统的空间状态方程：X

(t)

AX

(t其中：系统的状态矢量X

(t)[状态矩阵1000001

0

10

011001km

0

0控制矩阵B

1

m1

0

m2

0

r输入向量U

(t)[x

,F

]T研究准备一.1/4车辆动力学模型分析0

2sx

(s)x

(s)

xHx

(s)

0HD

(s)

2

1

0

211THx

(

jx)

()H

(

j)

jr2

2111其中：

()

r

(

)1

120

mr

m2111

k

m车身垂直加速度的传递函数：车身垂直加速度与悬架动挠度的制约关系：轮胎动悬架动态挠x

(s)

x

(s)令s

j推导出车身垂直加速度和轮胎动态变形之间的关系在低频段，1()小于0，较小轮胎x动(变s)形的同时，可以改善平顺性在高频段，1()大于0，随着频率的增大，改善轮胎动变形的同时，会导致平顺性的研究准备二.随机路面激励模型的建立4加速度谱

G

(n) (2

n)

G

(n)个频段内为一个白噪声垂速度谱

G

(n)

(2

n

)

G

(n

)

整f

v

n速度谱22

2q

0

0

G

(n

)n

vG

(

f

)

4常数路面轮廓：xq

(路在

/中谱建密立度仿真模型路面垂直位移时域图该方法生成的信号w作(t)为为悬单架位激白励噪合声理不同处车理速时在域B级数和据C得级到路路面面仿加控制策略设计一.天棚阻尼控制身悬架阻尼力其中：Fdamper

2

2系统的递比由传2

2

1damper

control

(1

m

csky

)c

(z

z

)n

m

c

m

csky

)倍天棚阻尼取输c出sky

力与车在/中正建比立悬架模型仿真因车此悬轮身阻架动纵尼动载向力挠荷加度时速时域度F域图时

F图域图

Fn

m

c2均均方均方根方根值根值值0.008.5047.70671m21/ms2控制策略设计一.天棚阻尼控制将时域数据处理，得到评价指标的幅频特性车身纵向加速度一阶固有频率附近减小明显二阶固有频率附近减小不明显车轮相对动载荷车轮相对动载荷减小不明显说明天棚阻尼能优化簧上质量振动，对簧下质量振动优化不足控制策略设计一.天棚阻尼控制当减振器可变阻尼为有级式时，csky

在c2

,2c2

,4c2

,6c2

,8c2

,10c2

取定值车身加速度均方根值随csky

c2

的变化关系 车轮相对动载荷均方根值随cskyc2

的变化关系c21.

随着

csky

的增大，车身加速度均方根值增大，平顺性

；车轮相对动载荷减小， 稳定性改善。2.

在阻尼较小时，车轮相对动载荷的均方根值随csky

c2的变化，比车身加速度均方根值更加敏感；因此，在车身加速度较小区域，车轮相对动载荷往往过大，这也是天棚阻尼的不足之处。悬架动挠度均方根值随csky

c2

的变化关系最大值0.0121m小于减振器动行程0.03m不用担心减振器被击穿控制策略设计二.天棚地棚阻尼混合控制天棚地棚阻尼控制策略的可控阻尼力Fu

csg

[

sky

(1

)

ground

]csky

sg

cground

csg

为联合控制调节因子同理有：22

2

1

u

2

2

1F

c

(z

z

)

F

c

(z

z

)

[1

csg

(m

n)

n]c n

m可将天棚地棚阻尼控制视为悬架分析，阻尼力为csg

(m

n)

n悬架阻尼的

c

n

m

倍2控制策略设计二.天棚地棚阻尼混合控制身

csky

c2

对随阻尼变化的敏感性减小，2.在有悬c

荷效csky

c2阻当车减身振加器速可度变的阻幅尼频为特有性级式时，csky

在c2

,2c2

,4c2

,6c2

,8c2

,10c2

取定值车 动载荷均方根值随csky

c2

的变化关系与 悬架相比，一阶固有频率附近车身加速度优化明显1.相车比轮与相天棚对阻动尼载控荷制，的天幅棚频地特棚阻性尼控制对车身加速度和车轮相对动载荷均方根值都有改善。一阶，二阶固有频率附近优化明显尼控制减小了悬架动挠度均方根值减振器被击穿结论：天棚地棚阻尼混合控制优于天棚阻尼控制，对簧上与簧下质量振动均有很好的控制车辆悬架实时控制一.半主动悬架实时控制系统框架车辆半主动悬架实时控制系统信号

(如簧上，簧下质量加速度等)数据的处理和对比分析(计算出需要控制的电流或电压)控制减振器的执行机构产生合适的可变阻尼值csg将得到的阻尼比值csg

/c2

作为天棚地棚阻尼控制悬架模型的输入.实车系统框架

仿真模型框架输入：簧上和簧下质量的加速度，处理后可以得到计算三个评价指标所需的参数。输出：减振器的可变阻尼csg2

2

12

12k1m

g输出：[z

,z

,(z

u),

(z

z

)]sg

2输入：cc

和u(t)车辆悬架实时控制二.电磁阀式可调阻尼减振器给予电磁阀不同控制电流对减振器进行振动试验压缩行程伸张行程控制电流与阻尼系数之间的对应关系可变阻尼系数随控制电流增大而减小它们之间为非线性关系，采用查表法车辆悬架实时控制三.实时控制系统仿真分析在

/

中建立系统的仿真模型可调减振器控制系统控制泛函指标1

22J

q

z2dt

q

(z

z

)

dt

q

(z

u)2dt2

1

2 3

1：其中

q2

,

q3

为各指标的 因子泛函指标与控制电流之间的逻辑关系车辆悬架实时控制三.实时控制系统仿真分析可调阻尼减振器控制电流和可变阻尼的查值模型天棚地棚阻尼悬架模型车辆悬架实时控制三.实时控制系统仿真分析

q2

q3

1取指标车速为20m

/s

行驶在C级路面车悬速架垂动直挠加度速时度域时图域图车各轮指相标对均动方载根荷值时域图减小24%增大6.05%减小16.44%车