汽车半悬挂系统建模与分析(现代控制理论大作业)(DOC)

某型轨道车辆悬挂系统动力学建模与优化设计随着城市轨道交通的不断发展，轨道车辆已经成为人们出行的主要方式之一。

而在轨道车辆的设计中，悬挂系统的作用尤为重要。

悬挂系统不仅能够保护乘客的安全，还能够提高车辆的运行效率。

因此，对悬挂系统的动力学建模与优化设计成为轨道车辆设计中的重要课题。

一、动力学建模悬挂系统是轨道车辆中最为复杂的系统之一。

它由车体、车轮、弹簧、减震器等组成，能够有效地减小车体与轮轨之间的震动。

在进行动力学建模时，需要考虑到这些组成部分之间的相互作用。

1.车体运动方程车体的运动方程是悬挂系统动力学建模的基础，它是控制车体运动的核心。

车体的运动方程可以分为纵向运动和横向运动两个方面。

在纵向运动中，车体受到曲径半径变化和斜坡高度变化的影响。

在横向运动中，车体受到曲线曲率和横向加速度的影响。

2.车轮运动方程车轮的运动方程也是悬挂系统动力学建模中的重要组成部分。

车轮的运动受到车体和轮轨之间的摩擦力，以及摩擦力方向的变化等因素的影响。

对车轮的运动方程的建立能够更加准确地反映车辆的行驶状态。

3.弹簧和减震器运动方程弹簧和减震器是悬挂系统中的核心部件，对于车辆的悬挂效果具有至关重要的影响。

在建立弹簧和减震器的运动方程时，需要考虑到它们吸收和释放能量的过程，以及它们与车体、车轮之间的相互作用。

二、优化设计悬挂系统的优化设计是悬挂系统动力学建模的重要应用之一。

通过对悬挂系统的结构和材料等参数进行优化，可以达到减小车辆震动、提高车辆安全性和乘坐舒适性、降低车辆维护成本等目的。

1.结构优化结构优化是悬挂系统优化设计的核心，它能够通过对悬挂系统的结构进行合理化设计，达到减小车辆震动、降低车辆噪音、提高车辆安全性、降低车辆维护成本等目的。

在进行结构优化时，需要考虑到悬挂系统的材料、强度、刚度和减震器的特性等因素。

2.材料优化材料优化是悬挂系统优化设计的重要组成部分，它能够通过优化悬挂系统的材料选择，达到减小车辆震动、提高车辆安全性和乘坐舒适性、延长车辆使用寿命等目的。

鉴于二自由度模型的汽车半主动悬挂系统设计作者：侯书毅指导老师：宋宇（安徽农业大学工学院 04级机械设计制造及其自动化合肥 230036）纲要：汽车悬架系统性能的好坏直接影响汽车的乘坐舒坦性和操控安全性。

传统的被动悬架因为其参数固定不变，而悬架性能不够理想；主动悬架虽性能较好，但是需要耗费过多的能源，都没有被宽泛应用，近来几年来半主动悬架因其不需要过多的能源，且其性能也靠近于主动悬架，所以半主动悬架的发展远景有待看好。

关于汽车半主动悬架系统的建模，分别以阶跃函数和白噪声为输入并进行PID 控制，利用matlab语言强盛的算法能力对其编制仿真控制软件，并在simulink 环境下对汽车1/4半主动悬架模型进行计算机仿真，仿真结果表示，此算法设计的PID控制器有优异的性能指标。

要点词：PID；控制器；Matlab;半主动悬架1 前言汽车自19世纪末出生到现在100余年时期，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展，写下了人类近代文明的重要篇章。

汽车是数目最多、最普及、活动范围最宽泛、运输量最大的重要的现代化陆地交通工具。

能够断言，没有哪一种机械产品像汽车那样对人类社会产生这样宽泛而深远的影响。

跟着制造工艺的不停发展，汽车的外形愈来愈流线化，速度也在不停上涨。

但是人们对汽车的要求其实不仅限于这些，人们对汽车的乘坐舒坦性提出了更高的要求。

汽车的悬架设计的利害直接影响到汽车行驶的平顺性、驾驶的舒坦性、行驶的安全性等，此中，舒坦性是轿车最重要的使用性能之一。

舒坦性与车身的固有振动特征有关，而车身的固有振动特征又与悬架的特征有关。

所以，汽车悬架是保证乘坐舒坦性的重要零件。

同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连结的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要零件。

所以，汽车悬架常常列为重要零件编入轿车的技术规格表，作为权衡轿车质量的指标之一。

从控制力学角度将过去的惯例悬架称为被动悬架,被动悬架性能渐渐知足不了人们的需要，跟着科学的发展以及社会的进步，近来在汽车工业相续出现性能更为优胜的主动悬架和半主动悬架，此中主动悬架耗能较大，而半主动悬架又以低能耗和结构简单，将会被看好，并且已经遇到了许多汽车生产厂家以及汽车设计师们的喜爱。

一、教学目标1. 理解悬架系统在汽车中的作用和重要性。

2. 掌握悬架系统的基本组成部分和结构。

3. 学会使用专业软件进行悬架系统的建模和仿真。

4. 培养学生解决实际工程问题的能力和创新思维。

二、教学内容1. 悬架系统概述- 悬架系统的定义和作用- 悬架系统的基本组成部分（弹簧、减震器、控制臂等） - 悬架系统的分类（独立悬架、非独立悬架等）2. 悬架系统建模原理- 建模软件介绍（如ANSYS、MATLAB等）- 建模流程和方法- 建模中的关键参数设置3. 悬架系统仿真分析- 仿真软件操作- 仿真参数设置- 仿真结果分析4. 悬架系统优化设计- 优化设计的基本概念和方法- 优化设计在悬架系统中的应用- 优化设计实例分析三、教学方法- 系统讲解悬架系统的基本概念、原理和建模方法。

2. 案例分析法- 通过实际案例，引导学生分析悬架系统在实际应用中的问题，并学习如何通过建模和仿真解决这些问题。

3. 讨论法- 组织学生就悬架系统建模中的难点和重点进行讨论，培养学生的合作意识和解决问题的能力。

4. 实践操作法- 在软件操作平台上进行实际操作，让学生亲手搭建悬架模型，并进行仿真分析。

四、教学过程1. 准备阶段- 教师准备教学课件、软件操作指南、相关案例资料等。

- 学生预习教材，了解悬架系统的基本知识。

2. 讲解阶段- 教师讲解悬架系统的基本概念、原理和建模方法。

- 结合案例，分析悬架系统在实际应用中的问题。

3. 实践阶段- 学生在教师的指导下，使用专业软件进行悬架系统的建模。

- 学生进行仿真分析，观察和分析仿真结果。

4. 讨论阶段- 学生就建模过程中遇到的问题进行讨论，教师进行解答和指导。

- 学生分享自己的建模心得和仿真结果。

- 教师总结本次课程的重点和难点。

- 学生提交建模报告，教师进行点评和反馈。

五、教学评价1. 学生对悬架系统知识的掌握程度。

2. 学生在建模过程中的操作熟练程度和创新能力。

3. 学生提交的建模报告的质量和仿真结果的分析深度。

0引言车辆的安全性、操作稳定性及乘坐舒适性是车辆在行驶过程中非常重要的性能指标，而悬架系统作为车辆的重要部分，对其有重要的影响。

随着汽车技术的发展，车辆主动悬架慢慢地取代了被动悬架，而对于悬架控制器方面的设计也层出不穷。

常用的主动悬架的控制方法有自适应控制、模糊控制、神经网络智能控制及最优控制等，而最优控制作为现代控制理论的核心，理论基础最为完善。

通过线性最优控制算法，综合考虑悬架系统的各因素，设计一个半主动悬架最优控制策略，与被动悬架进行对比研究，从而起到对系统性能的改善。

1系统模型的建立结合研究对象建立如图1所示1/4车辆简化模型。

以牛顿运动定律为基础建立运动方程，如下：（1）同时建立滤波高斯白噪声路面的输入数学模型，如下：（2）式中，x g -路面的垂向位移（m ）；f 0-下截止频率（Hz ）；G 0-路面不平度系数（m 3/cycle ）；ω-期望值为零的高斯白噪声；u-前进速度（m/s ）。

由式（1）和式（2）将方程写成相应矩阵形式，可得系统的空间状态方程：（3）（4）式中为系统的状态矢量，其中x ̇b 为簧载质量速度；x b 为簧载质量位移；x ̇w 为非簧载质量速度；x w 为非簧载质量位移；x g 为路面位移；U 为作动器控制力输入矩阵；W为白噪声输入矩阵。

2控制器设计对于车辆悬架设计来说，主要性能指标有轮胎动位移（轮胎接地性）；悬架动行程（影响车身布置及结构设计）；车身垂向振动加速度（乘坐舒适性）。

由此利用最优控制理论可设计控制器性能指标的表达式如下：（5）式中q 1-轮胎动位移的加权系数，q 2-悬架动行程的加权系数，q 3-车身垂向振动加速度的加权系数，T-时域。

从表达式中可以看出三个加权系数的选取决定了悬架性能的好坏，如果悬架系统目标为提高乘坐舒适性，则可选择车身垂向振动加速度较大的权值；若悬架系统目标为提高车辆的操作稳定性，则可选择轮胎动位移较大的权值。

因此在本研究中选取车身垂向振动加速度的加权系数q 3=1。

基于滑模控制的汽车主动、半主动悬架控制方法的研究现状(关键词：sliding mode control, active\semi-active suspension)1、滑模控制(Sliding Mode Control)简介滑模控制是变结构控制系统的一种控制策略。

滑模控制以实现简单，且对外界干扰和系统匹配不确定性有着完全的鲁棒性和自适应性。

滑模控制变结构策略与常规的控制根本区别在于控制的不连续性，即一种是系统“结构”随时间变化的开关特性下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动，即所谓的“滑模动态”或“滑模”运动。

这种滑模动态是可设计的，且与系统的参数及扰动无关。

这样，处于滑模运动的系统就有很好的鲁棒性。

2、滑模控制的优缺点滑模控制主要具有以下主要优点[1-2]：（1）一旦系统相应点达到切换面后，系统运行方式指决定于切换面的方程，与系统原来的参数无关。

及时系统的参数有较大的变化，只要切换面是可达的，则都可以实现滑模变结构控制。

（2）可以实现对任一连续变化的输入信号的跟踪。

（3）对外界干扰有较强的鲁棒性。

（4）滑模变结构控制响应快。

（5）滑模变结构控制算法简单，易于工程实现。

虽然滑模结构有诸多优点，但也存在一些不足之处，主要如下[1-2][3]：（1）为实现滑模控制要取得系统的全部状态变量，这在许多情况下是很困难的，尤其对于高阶系统，要取得高阶微分实际上是做不到的。

（2）在实际滑模变结构的控制系统中，由于开关器件的时滞及惯性等因素的影响，系统的状态到达滑模面后，不是保持在滑模面上作滑动运动，而是在滑模面附近作来回穿越运动，甚至产生极限环振荡，这种现象就是滑模变结构控制系统所固有的“抖振”现象。

（3）滑模控制还存在需知不确定参数上下界等问题。

3、基于滑模控制的其它控制策略由于常规的滑模控制具有上述缺点，为克服上述缺点，出现了其它控制模式与滑模控制的有效结合，极大提高了控制效能，例如模糊滑模控制（Fuzzy Sliding Mode control）,自适应模糊滑模控制（Adaptive Fuzzy Sliding Mode control）,基于模糊神经网络的滑模控制（SMC based on fuzzy neutral networks）等控制策略[4]。

车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制车辆悬挂系统是车辆运动学和动力学性能的重要组成部分。

传统的线性控制方法针对车辆悬挂系统往往难以满足实际的控制需求，因为悬挂系统具有显著的非线性特性。

因此，本文将对车辆悬挂系统的非线性特性进行分析，并提出相应的控制方法。

一、非线性特性的表现形式车辆悬挂系统的非线性特性主要表现在以下几个方面：1. 阻尼特性的非线性：车辆悬挂系统的阻尼特性随着行程变化呈非线性变化。

在小行程范围内，阻尼力随位移的增加呈线性变化；但在大位移范围内，阻尼力的增加速度减缓，呈非线性变化。

2. 弹簧刚度的非线性：车辆悬挂系统的弹簧刚度也随行程的变化而变化。

在小行程范围内，弹簧刚度随位移的增加基本保持不变；但在大行程范围内，弹簧刚度随位移的增加逐渐减小，呈非线性变化。

3. 悬挂系统的干摩擦力：车辆悬挂系统中存在着干摩擦力，其大小与悬挂行程的方向变化有关。

干摩擦力会导致悬挂系统的非对称性和非线性特性，进而影响车辆的稳定性和悬挂系统的控制效果。

二、非线性特性的影响车辆悬挂系统的非线性特性对车辆的运动稳定性和乘坐舒适性都具有重要影响。

1. 运动稳定性：非线性特性可能引起悬挂系统在行驶过程中出现跳动、抖动等现象，进而影响车辆的稳定性和行驶安全性。

2. 乘坐舒适性：非线性特性使得悬挂系统难以在不同行程范围内提供恰当的减震效果，从而影响乘坐的舒适性和悬挂系统的振动控制效果。

三、非线性特性的控制方法针对车辆悬挂系统的非线性特性，可以采用以下几种控制方法：1. 非线性控制器设计：基于非线性特性的具体表现形式，设计适应于车辆悬挂系统的非线性控制器。

可以采用神经网络、滑模控制等方法来提高悬挂系统的控制性能。

2. 自适应控制：通过在线辨识悬挂系统的非线性特性参数，并实时调整控制策略，使得控制器具有较强的适应性和鲁棒性。

3. 模糊控制：利用模糊逻辑来处理悬挂系统中存在的不确定性，设计模糊控制器来实现对非线性特性的控制。

轮式车辆半主动悬挂系统动态特性研究本文简要介绍目前轮式车辆常用的三种悬挂，对比三种悬挂的系统特性，分析半主动悬挂的优点。

以半主动悬挂为研究对象，利用最优控制方法建立，建立轮式车辆半主动悬挂的整车模型，推导半主动悬挂整车模型的状态方程，并利用非经典模态分析法对轮式车辆半主动悬挂进行了推导得到矩阵方程，为后续研究打下基础。

标签：半主动悬挂；整车模型；状态方程1 前言悬挂系统起着弹性连接车架与轮胎、减缓和衰减不同道路情况颠簸而引起的冲击振动，确保车辆行驶平稳与驾驶人员的舒适性。

性能良好的悬挂应满足车辆高速机动性、高通过性和高乘员舒适性[1]。

被动悬挂系统：主要由弹簧和减振器组成，减振器的阻尼力随着振动速度的增大而增大，振動频率增加，等效刚度增大，对高频衰减能力降低，不能随着路面情况的变化进行调节，结构简单，减振效果一般。

主动悬挂系统：悬挂系统中加入有源可控元件—作动器，按照控制规律产生合适的悬挂力，抑制振动，它由执行机构和决策机构构成闭合控制系统，结构复杂，减振效果优异。

半主动悬挂系统：使阻尼器按照路线和车辆实际情况调整阻尼的大小，做到无极调节，避免了主动悬挂中高成本的作动器和复杂的能量控制系统，结构相对简单，减振效果好。

半主动悬挂相对于被动悬挂在减震效果上有明显的优势，在达到接近主动悬挂性能的同时，又具备结构简单、成本低廉、能耗较低等特点，具有良好的工程应用前景，已成为车辆工程领域的研究热点。

彭志召对半主动悬挂的频域控制算法进行了研究[2]，陈兵对履带车辆的半主动悬挂的仿真进行了分析等。

本文将以半主动悬挂为研究对象，利用最优控制方法建立半主动悬挂整车模型，通过非经典线性系统模型分析法对整车状态方程进行研究和分析。

2 模型建立目前对半主动悬挂系统的研究多采用四分之一车体或者半车模型，虽然能够分析，但是和实际工况的响应有着一定的出入，为符合实际运行情况下轮式车辆悬挂的减振效果，考虑车体质心振动和各个车轮轮心自由度的相关性。

摘要悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或轮胎）弹性地连接起来。

它的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。

本文完成的是东方之子轿车前悬架设计，重点从东方之子轿车前悬架的选型、减振器的计算及选型、弹性元件形式的选择计算及选型和横向稳定杆的设计计算。

首先，我把形式不同的悬架的优缺点进行了比较，然后定下东方之子轿车前悬架的形式—麦弗逊式悬架，最后围绕麦弗逊式悬架的部件进行设计。

先是弹簧的设计计算，再是减振器的计算选型，最后是横向稳定杆的设计。

关键词：悬架；麦弗逊式；设计AbstractSuspension is an important element of one of the modern automobile, it flexibly to link the chassis (orbody) and axle (or tires) . Its main role is the role of transmission in the bodybetween the wheels and all the power and moment, such as support of, system dynamics anddriving force, and easing the road to the whole body impact load, decay resulting vibration,ensure the comfort of the crew, cargo and vehicles reduce their moving load.The main stress is front suspension design，Training emphasis from the former car models,and models Absorber calculations, flexible choice of components and models and forms ofstabilizer bar design data.First of all, I have a different form of a suspension of the advantages and disadvantagescompared to the previous suspension of the car and then set form Eastar on suspension.Then design around Eastar suspension components. First, the spring-loaded design terms,to be absorber calculation models, a horizontal stabilizer bar final calculation. stabilizer bar.Keyword : Suspension, Macpherson ,Design目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2 悬架的发展历史和现状 (2)1.3 悬架的发展趋势 (4)1.4课题主要内容和研究目的 (5)2悬架结构方案分析 (6)2.1 悬架总成分析 (6)2.2独立悬架优缺点分析 (7)2.3独立悬架特点与分类 (8)2.3.1双横臂式悬架结构及特性分析 (8)2.3.2单横臂式悬架结构及特性分析 (9)2.3.3单纵臂式悬架结构及特性分析 (10)2.3.4单斜臂式悬架结构及特性分析 (11)2.3.5麦弗逊式悬架结构及特性分析 (12)2.1.6扭转梁式悬架结构及特性分析 (13)3麦弗逊式独立悬架设计 (14)3.1麦弗逊式独立悬架设计概述 (14)3.3麦弗逊悬架的结构分析 (15)3.4悬架的弹性特性设计 (16)3.5 悬架挠度fc 的设计 (17)3.5.1悬架静挠度 fc 的设计 (17)3.5.2悬架动挠度fd设计 (18)3.6悬架弹性元件设计 (18)3.6.1螺旋弹簧分析 (18)3.6.2螺旋弹簧的材料及许用应力选择 (19)3.6.3 弹簧参数的计算选择 (20)3.6.4计算空载刚度 (20)3.6.5计算满载刚度 (20)3.6.6按满载计算弹簧钢丝直径 (21)3.6.7螺旋弹簧校核 (21)3.6.8小结 (22)3.7导向机构设计 (23)3.7.1导向机构的设计要求 (23)3.7.2导向机构的布置参数 (24)3.7.3导向机构的受力分析 (27)3.7.4横臂轴线布置方式的选择 (27)3.7.5横摆臂参数对车轮定位参数的影响 (28)3.7.6 导向机构建模 (29)3.8 减振器的设计 (30)3.8.1减振器的简单分类 (30)3.8.2双向筒式液力减振器工作原理 (30)3.8.3相对阻力系数ψ (31)3.8.4减振器阻尼系数δ的确定 (32)3.8.5减振器工作缸直径D的确定 (33)3.8.6小结 (33)3.9横向稳定器 (34)3.10 悬架结构元件 (35)4 前轮定位参数 (37)4.1主销后倾角 (37)4.2主销内倾角 (39)4.3 前轮外倾角 (40)4.4前轮前束 (41)5 麦弗逊悬架其他零件基于CATIA的建模 (43)5.1车轮的建模 (43)5.2车轮轴承建模 (44)5.3转向节建模 (44)5.4 减振器与转向节连接件建模 (45)5.5 车架和横向稳定器联合建模 (45)5.6 麦弗逊悬架建模装配图 (46)6 基于adams的悬架仿真分析 (47)6.1主销内倾角仿真分析 (47)6.2 主销后倾角分析 (47)6.3前轮外倾角分析 (48)6.4 车轮跳动量分析 (49)6.5 前轮前束分析 (49)6.6定位参数与车轮跳动量联合分析 (50)6.7小结 (51)结束语 (52)致谢.................................................................................................错误!未定义书签。

基于层次分析法的汽车半主动悬架LQG控制研究张志达;李韶华;赵俊武【摘要】建立了考虑座椅的五自由度车辆动力学模型,应用最优控制理论设计了车辆半主动悬架的LQG控制器.以座椅加速度、车体加速度、车体俯仰角加速度、前后悬架动行程及前后轮胎动位移等作为评价指标,采用层次分析法(AHP)确定了各指标的加权系数.利用MATLAB/Simulink搭建车辆仿真模型,分别在A级路面90 km/h和B级路面60 km/h两种工况下验证LQG控制的有效性.结果表明:与被动悬架相比,采用LQG控制器的半主动悬架能有效地减缓车辆的振动,改善车辆的乘坐舒适性与行驶平顺性.基于层次分析法确定加权系数的LQG控制器使车辆半主动悬架对工况的适应性较好,具有良好的应用前景.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】半主动悬架;LQG控制;层次分析法;乘坐舒适性【作者】张志达;李韶华;赵俊武【作者单位】050043 河北省石家庄市石家庄铁道大学机械工程学院;050043 河北省石家庄市石家庄铁道大学机械工程学院;050043 河北省石家庄市河北省交通安全与控制重点实验室;050043 河北省石家庄市石家庄铁道大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】U461.40 引言悬架系统对车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性有着重要的影响[1]。

由于被动悬架参数固定，无法保障车辆性能，主动和半主动悬架引起学术界与工业界更多的关注[2]。

主动悬架的复杂性和大功率要求使其难以商业化，拥有高性能与低功耗优势的半主动悬架逐渐成为研究热点 [3-6]。

汪若尘[7]等采用模糊控制策略，建立 2自由度车辆惯容器-弹簧-阻尼器半主动悬架模型，研究了半主动悬架系统对汽车平顺性和安全性的影响。

郭孔辉[8]等建立考虑悬架限位阻尼连续变化的整车模型，提出了一种基于天棚控制算法的半主动悬架自适应控制策略。

一种半主动悬架系统的数学模型的建立方法步骤一：系统分析与建模。

首先，确定需要建立模型的半主动悬架系统的结构和参数，并进行系统分析，确定系统的输入和输出。

步骤二：运动学分析。

对半主动悬架系统进行运动学分析，为建立数学模型提供基础。

运动学分析主要包括位置、速度和加速度等量的计算。

步骤三：力学分析。

对半主动悬架系统进行力学分析，确定系统的动力学方程。

动力学方程主要来自于牛顿第二定律和能量守恒原理。

步骤四：建立数学模型。

以动力学方程为基础，建立半主动悬架系统的数学模型。

数学模型的建立需要考虑到液压阻尼器、弹簧、活塞等元件的物理特性以及控制策略等因素。

步骤五：模型验证。

将建立的数学模型进行验证，可以通过仿真软件或实验平台等途径进行验证。

如果模型验证结果符合预期，可以将其用于实际应用中。

步骤六：改进优化。

对于模型验证过程中发现的问题，可以对模型进行改进和优化，提高模型的精度和可靠性，使其能够更好地应用于实际工程中。

第六章 车辆悬架的控制技术第一节 悬架系统概述一、悬架的作用悬架是现代汽车重要总成之一，它是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接的机构，一般由弹性元件、导向机构和减振器三部分组成，轿车的悬架还多装有横向稳定杆。

弹性元件用来承受并支撑垂直载荷，缓和由不平路面引起的对车身的冲击。

导向机构用来传递车轮和车身之间的一切力和力矩，并确定车轮相对车身的运动规律。

减振器则用以衰减、限制由冲击载荷引起的车身振动。

横向稳定杆的作用是提高车身的侧倾刚度并使汽车具有不足转向特性，以改善汽车的操纵稳定性，保证汽车正常行驶。

悬架系统对汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、通过性、安全性等多种性能都有很大影响，因此悬架系统一直是汽车设计、研究人员非常关注的问题之一。

二、被动悬架、主动悬架、半主动悬架及其特点按悬架的工作原理不同，从控制力的角度来看，悬架可分为被动悬架（Passive Suspension ）、主动悬架（Active Suspension ）及半主动悬架（Semi-active Suspension ）。

下面对这三种悬架的特点作一些分析。

（一）被动悬架被动悬架内无能源供给装置，其弹性和阻尼系数不会随外部状态而变化。

图6-1是汽车上采用的几种典型的被动悬架，尽管各种悬架的结构不同，但研究来自不平路面的激励引起车体的垂直振动都可用图6-2所示的1/4车辆力学模型表示。

考虑到轮胎的弹性、阻尼特性对选用的轮胎来说是确定的，且固有频率远高于车体簧载质量的固有频率。

为了分析被动悬架的簧载质量、悬架的刚度及阻尼系数对振动传递特性的影响，可把图6-2所示的力学模型进一步简化如图6-3。

以车体的静平衡位置作为原点，由系统动力学，可写出图6-3所示系统的运动微分方程为0)()(=-+-+r s s r s s s s x x k x x c xm （6－1） 式中， s m 为1/4车体质量；s x 为车体的垂直位移；r x 为路面的垂直位移；s c 为悬架的阻尼系数；s k 为悬架的刚度系数。

目录第一章悬架的结构形式的选择第一节悬架的构成和类型第二节独立悬架结构形式分析第三节前后悬架的选择第二章悬架主要参数的选择第一节悬架性能参数的选择第二节悬架的自振频率第三节侧倾角刚度第四节悬架的静动挠度的选择第三章弹性元件的设计分析及计算第一节前悬架弹簧第二节后悬架弹簧第四章独立悬架导向机构的设计分析及计算第一节导向机构设计要求第二节麦弗逊独立悬架示意图第三节导向机构受力分析第四节横臂轴线布置方式第五节导向机构的布置参数第五章减震器的设计分析及计算第一节第一章悬架的结构形式的选择1.1 悬架的构成和类型1.1.1构成（1）弹性元件具有传递垂直力和缓和冲击的作用。

常见的弹性元件有：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。

（2）导向装置其作用是传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。

常见的导向装置有：斜置单臂式、单横臂式、双横臂式、双纵臂式、麦弗逊式等。

（3）减震器具有衰减振动的作用。

常见的减震器有：简式减震器、充气式减震器、阻力可调式减震器等。

（4）缓冲块其作用是减轻车轴对车架的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。

（5）横向稳定器其作用是减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。

1.1.2类型悬架可分为非独立悬架和独立悬架。

（1）非独立悬架非独立悬架的特点是：左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架word 格式文档连接。

优点是：结构简单、制造容易、维修方便、工作可靠。

缺点是：①由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够的长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺性较差。

② 簧下质量较大。

③ 在不平路面上行驶时，左、右车轮相互影响，并使车轴和车身倾斜。

④ 当两侧车轮不同步跳动，车轮会左、右摇摆，使前轮容易产生摆振。

⑤ 前轮跳动时，悬架易与转向传动机构产生运动干涉。

⑥ 汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性。

⑦ 车轴上方要求有与弹簧行程相适应的空间。

然而由于非独立悬架结构简单、易于维护以及可以使用多种类型的弹性元件等优点，非独立悬架多用于载货汽车和大客车的前、后悬架。

摘要悬架系统是汽车实现操纵稳定性和乘坐舒适性的重要机械结构。

车辆悬架系统性能的优劣直接影响车辆的乘坐舒适性和操纵安全性。

传统的被动悬架系统设计参数一旦优化确定后就无法动态改变，难以使汽车具有良好的平顺性。

由弹性元件和阻尼可调减振器组成的半主动悬架有耗能少，易实现等优点，可以改善汽车行驶的平顺性和操作稳定性。

半主动悬架既克服了被动悬架系统的缺陷，又使实现成本降低，成为汽车技术中的研究热点之一。

本文以汽车半主动悬架系统为研究对象，在对悬架的性能进行分析的基础上，建立了的二自由度1/4的汽车半主动悬架的数学模型。

同时，考虑到路面扰动输入对悬架控制的重要影响，建立积分白噪声形式的路面不平度数学模型。

在此基础上，提出了适用于半主动悬架系统的模糊逻辑控制，以控制输出信号动态改变可调阻尼器的阻尼系数从而达到自适应减振控制的目的。

最后采用我国常见的C级路面作为激励信号，根据前面所建立的数学模型，利用Matlab/Simulink建立了动态模型，并进行计算机仿真，与被动悬架就簧载质量加速度、轮胎动载荷、悬架动挠度这些性能指标进行了对比分析。

通过仿真表明，模糊控制较大的改善了半主动悬架系统的性能，比传统的被动悬架具有更好的减振性能，能够明显地改善舒适性。

关键词：半主动悬架，模糊控制，仿真分析，MATLABIAbstractSuspension is the important part of vehicle,it can improve ride comfort and handling steadiness.The dynamic Performance of susPension system directly influences ride comfort and handling of driving vehicles. It is very difficult for the traditional passive suspension whose parameters have been fixed by optimization to adjust them to improve on the ride comfort. Semi-active suspension,composed of controllable spring and damper element,consumes little energy and is easy to design and manufacture.And then semi-active suspension can also improve ride comfort and handling steadiness.Not only the semi- active suspension can perform the function of active suspension system,but the requirements of the power is very few，So it has been a hot topic in the research field of cars.The article studies the automobile semi-active suspension.Based on analyzing the performances,the text uses the two freedoms 1/4 suspension model. .Considering the influence of the input disturbance,a mathematical description of road surface irregularity is established，which is the model of integral white noise. On the basis of the above study, A fuzzy logic control method for semi-active suspension is putforward to control the output signal and adjust the damper coeffieient in order to adaptively absorb the shock and improve the ride comfort.Then the software Matlab/Simulinkis used to simulate the semi-active suspension controlled by the above-mentioned fuzzy control method on B level typical road. The performances of bodywork acceleration , the tire load and suspension displacemen are analyzing between the semi-active suspension and the passive suspension.Acording to the simulation results，compared with the passive suspension control，semi-active suspention fuzzy control which obviously improve ride comfort and handling steadiness could reduce the bodywork acceleration , the tire load and suspension displacement in a large degree.Key words: Semi-active suspention, Fuzzy control, Simulation analysis, MATLABII目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ......................................................................................................................... I II 第一章引言 .................................................................................................... - 1 -1.1车辆悬架系统发展概述 (1)1.2半主动悬架的控制方法 (3)1.3课题的研究意义 (5)1.4论文的主要研究工作 (5)1.5本章小结 (6)第二章车辆半主动悬架系统的分析与建模 .................................................... - 7 -2.11/4车二自由度悬架模型 . (7)2.1.1被动悬架模型 ........................................................................................ - 7 -2.1.2半主动悬架模型 ...................................................................................... - 8 -2.2路面输入模型. (9)2.2.1路面不平度的功率谱 .............................................................................. - 9 -2.2.2空间频率谱函数与时间频率谱函数的转化 ........................................ - 11 -2.2.3积分白噪声随机路面轮廓 .................................................................... - 12 -2.3本章小结. (13)第三章半主动悬架系统的模糊控制 .............................................................. - 14 -3.1模糊逻辑系统概述 (14)3.2理想天棚阻尼控制策略 (14)3.3模糊控制器的设计 (16)3.3.1半主动悬架模糊控制器的基本结构及设计流程 ................................ - 16 -3.3.2定义系统的输入、输出变量及模糊化 ................................................ - 17 -3.3.3隶属函数的确定 .................................................................................... - 17 -III3.3.4模糊控制规则的选取 ............................................................................ - 19 -3.3.5模糊逻辑推理 ........................................................................................ - 22 -3.3.6清晰化 .................................................................................................... - 22 -3.4本章小结. (23)第四章半主动悬架系统的仿真分析 .............................................................. - 24 -4.1MATLAB/S IMULINK仿真平台的介绍 (24)4.2系统仿真参数的取值 (25)4.3仿真结构图 (25)4.3.1积分白噪声激励路面输入Simulink模型............................................ - 25 -4.3.2被动悬架Simulink模型........................................................................ - 26 -4.3.3半主动悬架Simulink模型.................................................................... - 27 -4.3.4天棚阻尼控制二自由度车辆悬架Simulink模型................................ - 27 -4.3.5模糊控制下的半主动悬架Simulink模型............................................ - 28 -4.4悬架系统仿真分析 (29)4.4.1悬架系统的车身加速度仿真分析 ........................................................ - 29 -4.4.2悬架系统的动行程仿真分析 ................................................................ - 29 -4.4.3悬架系统的动载荷仿真分析 ................................................................ - 30 -4.5本章小结. (34)第五章总结与展望 .......................................................................................... - 35 -5.1总结 .. (35)5.2后续工作的展望 (35)参考文献 ................................................................................................................ - 37 -致谢 .................................................................................................................... - 40 -IV第一章引言1.1车辆悬架系统发展概述悬架是现代汽车上的重要总成之一，它是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力装置的总称。