车辆主动悬架控制策略的仿真研究

汽车悬架系统性能的优劣直接影响汽车的乘坐舒适性和操纵安全性。传统的被动悬架由于其参数固定从根本上造成了两者的矛盾，主动悬架作为最先进的悬架系统，能根据实时工况，主动及时地调整和产生所需悬架控制力，使悬架处于最优的减振状态，从而达到两者的完美结合。因此，有关车辆主动悬架控制技术的研究方兴未艾。 系统控制策略设计作为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。本文针对汽车悬架系统的动态特性，将现代控制理论运用于主动悬架控制，提出一种新的控制策略-自适应模糊PID控制。该控制策略融合了PID控制和模糊控制的优点，它可利用模糊控制器实现PID控制过程中Kp，Ki，Kd三个参数的在线自整定，从而使系统的控制性能不断地完善。 本文运用车辆动力学理论，建立了的四分之一车体两自由度主动悬架系统的动力学模型。同时，考虑到路面扰动输入对悬架控制的重要影响，建立出积分白噪声形式的路面不平度数学模型。依据控制原理分别设计了主动悬架PID控制器，主动悬架模糊控制器，主动悬架自适应模糊PID控制器，并通过软件Matlab6.5+Simulink+Fuzzy Logic Toolbox构建了实现这些控制策略的主动悬架控制仿真模型。为验证控制系统的鲁棒性，本文在路面扰动中还加进了正弦激励、方波激励的情况。最后，在Matlab环境下利用M语言和S函数编制仿真控制软件，该软件友好的人机界面便于控制方式的切换和参数调整。运行它即可实现不同扰动输入下主动悬架系统的控制仿真。 通过在时域和频域内对仿真结果进行分析，可以得出采用自适应模糊PID控制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在很大程度上降低车身加速度，使加速度功率谱共振点幅值在不同激励下均有较大衰减。和主动悬架PID控制、主动悬架模糊控制相比，该控制方式对车身加速度幅值的减小力度更大，并使加速度变化相对平缓，控制性能更优。由于是在不同扰动输入下得出同样结果，也说明该控制方式鲁棒性强，更适合悬架这种时变系统。 本文针对汽车悬架这种时变的、非线性复杂系统，首次提出将自适应模糊PID控制策略运用于主动悬架控制，并通过仿真验证了其可行性及有效性。这种新型智能控制策略为汽车主动悬架控制理论的研究提供了一条新思路。