基于MATLAB的控制系统仿真及应用-第8章-应用实例2-车辆悬架系统的建模和控制仿真

第八章

车辆悬架系统的建模和控制仿真18.1.1汽车被动悬架系统状态方程的建立

(a)被动悬架系统的简化模型(b)主动悬架系统的简化模型28.1.1汽车被动悬架系统状态方程的建立

被动悬架系统的运动微分程为：选取状态变量

，，，构成状态向量

，于是等到状态方程为：其中38.1.1汽车被动悬架系统状态方程的建立

被动悬架系统的运动微分程为：选取三个性能指标，，构成输出向量，于是等到输出方程为:其中48.1.2汽车主动悬架系统状态方程的建立

主动悬架系统的运动微分程为：选取状态变量

，，，构成状态向量

，于是等到状态方程为：其中58.1.2汽车主动悬架系统状态方程的建立

主动悬架系统的运动微分程为：选取三个性能指标，，构成输出向量

，输出方程为：其中68.2悬架系统模型性能分析及仿真

8.2.1稳定性分析被动悬架模型被动悬架汽车的结构参数为：ms=240kg，mt=30kg，ks=16000N/m，cs=980Ns/m，kt=160000N/m，代入后得到：78.2.1稳定性分析

在MATLAB中利用命令[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D)，可求得汽车被动悬架系统的极点：-16.6626+74.0256i-16.6626-74.0256i-1.7124+7.6697i-1.7124-7.6697i这些极点都在左半s平面内，满足系统稳定性的条件，故可判断汽车被动悬架系统是稳定的。88.2.1稳定性分析

主动悬架模型设：q1=335000，q2=4050000，故Q=[4050000000;0000;003350000;0000];执行以下M-文件：A1=[010-1;0000;000-1;005333.3330];B1=[0;0.00417;0;-0.0333];Q=[4050000000;0000;0033500000;0000];R=[1];[K,P,E]=lqr(A1,B1,Q,R)可得：K=[2012.5976.8-1840.9-37.2]98.2.1稳定性分析原状态方程可写为：代入参数后得到:108.2.1稳定性分析Matlab中利用命令[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D)，可求得汽车主动悬架系统的极点为：-0.6202+73.0316i-0.6202-73.0316i-2.0354+2.0611i-2.0354-2.0611i这些极点都在左半s平面内，满足系统稳定性的条件，故可判断汽车主动悬架系统是稳定的。118.2.2脉冲响应

图8.2.1悬架模型正弦响应以下的仿真图：左图为被动模型，右图为主动模型128.2.2脉冲响应

车身加速度：(横坐标表示时间，纵坐标表示输出响应量幅值的大小,下同)138.2.2脉冲响应

悬架动挠度148.2.2脉冲响应

轮胎动变形15

8.2.3锯齿波响应

输入源换成SignalGenerator，选择锯齿波输入即可车身加速度16

8.2.3锯齿波响应

悬架动挠度17

8.2.3锯齿波响应

轮胎动变形18

8.2.4正弦波响应

由SIMULINK将8.2.1图中输入源换成正弦波输入即可车身加速度：19

8.2.4正弦波响应

悬架动挠度20

8.2.4正弦波响应

轮胎动变形218.2.5白噪声路面模拟输入仿真在模拟路面输入时，用白噪声信号作为路面不平度的输入信号。建立悬架模拟仿真模型如图8.2.2图8.2.2悬架路面输入模拟仿真模型228.2.5白噪声路面模拟输入仿真车身加速度：238.2.5白噪声路面模拟输入仿真悬架动挠度248.2.5白噪声路面模拟输入仿真轮胎动变形258.2.5白噪声路面模拟输入仿真功率谱密度分析（左为被动模型，右为主动模型）车身加速度：268.2.5白噪声路面模拟输入仿真悬架动挠度278.2.5白噪声路面模拟输入仿真轮胎动变形288.2.6汽车悬架系统的对比分析及评价

从车身垂直振动加速度对比图中看出：安装了主动控制装置的悬架极大的降低了车身在垂直方向的振动，使汽车的平顺性得到了很好的提高。从悬架变形对比图中看出：安装了主动控制装置的悬架使限位块冲击车身的可能性减少，在一定程度上改善了