汽车主动悬架控制策略与仿真研究

悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。目前，汽车上普遍采用的是由弹性元件和减振器组成的被动悬架。被动悬架难以同时改善车辆在不平路面上高速行驶时的稳定性和行驶平顺性，为了克服被动悬架对汽车性能改善的限制，近年来，出现的主动悬架成为了一条改善汽车悬架性能的新途径。主动悬架能够根据路面激励情况及汽车运行的实际状况进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。 本课题以电磁主动悬架为研究对象，因为电磁悬架与液力悬架或空气悬架相比具有结构简单，无需伺服阀、步进电机等执行装置，响应迅速等优点。我们先建立了电磁主动悬架及理想悬架系统的两自由度模型，并概述了悬架性能的三个评价指标，即车身垂直加速度、车轮相对动载、悬架动挠度，并介绍了主动悬架的控制原理。 主动悬架的控制策略较多，在此选取不依赖系统的精确数学模型，对系统参数变化不敏感，具有很强的鲁棒性，尤其适应于非线性、时变和滞后系统控制的模糊控制，而且模糊控制的控制算法是基于若干条控制规则，算法非常简捷。进而对模糊控制器进行了设计。 作为一种经典实用的控制方法，PID控制算法具有计算量小、实时性好、易于实现等特点，所以本课题也采用了PID控制作为基本的控制策略，并设计了PID控制器。 模糊控制和PID控制相结合的模糊PID控制能实现PID控制器参数的在线自调整，进一步完善PID控制器的性能，以适应控制系统的参数变化和工作条件变化。所以本课题设计了将前述两种控制策略结合、以消除其各自弊端的模糊PID控制器。 利用MATLAB/SIMULINK软件建立上述三种控制策略下的仿真模型，并对典型路面输入谱情况(包括高、中、低频)进行了仿真。仿真结果表明，主动悬架明显改善了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，性能明显优于被动悬架，并比较了在三种不同控制器的作用下主动悬架的性能变化；经过仿真比较，在三种控制策略中，模糊PID控制优于模糊控制，模糊控制又优于PID控制；并且对三种控制策略下系统的鲁棒性进行了研究，得出它们的鲁棒性都较强。 本课题可为主动悬架的实验研究以及产品开发提供理论和数值参考。