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1、基于MATLAB仿真的汽车悬架控制的研究摘要随着我国的科学及技术和社会经济的快速发展。根据公安部和中国汽车流通协会的统计，仅2019年，中国就登记了2578万辆新车，居世界首位。到2020年，中国汽车保有量已达2.6亿辆，并稳步增长。这也带来了一系列的问题，其中行车安全性和乘坐的舒适性受到顾客的关注。而在未来的社会中汽车购买的主力军会是女性，女性对汽车的舒适性是最敏感的，汽车的悬挂系统在汽车舒适性中占据主导地位。本文主要对汽车的汽车的主动悬架系统进行建模和分析，从而让汽车的安全性、舒适性和平顺性得到明显的提高，使汽车的行驶不在受路面的影响。通过对汽车的悬架系统的类别、组成、工作的原理和发展的程
2、度进行了概括性的介绍，根据汽车悬架系统的发展情况，对通过数学模型的建立和仿真，探讨了汽车主动悬架系统的结构和工作原理，通过仿真的结果分析汽车主动悬架在汽车行驶期间的工作状态和在不同路况下对汽车行驶的影响。利用Simulink模块建立整车悬架系统的仿真模型，观察不同悬架类型对汽车行驶的安全性、舒适性和平顺性的影响，根据仿真结果，得出结论，分析主动悬架系统能否发挥理论上的作用。最后，基于Matlab/SimuLink对车辆主/被动悬架系统进行建模，并进行仿真分析。得出的结论是，主动悬架系统可以有效地提高车辆的安全性，舒适性和舒适性。【关键词】汽车悬架，MATLAB，Simulink，主动悬架，被动
3、悬架Research on Automobile Suspension Control Based on MATLAB SimulationAbstractWith the rapid development of science, technology and social economy in China. According to statistics of the Ministry of public security and China Automobile Circulation Association, in 2019 alone, China registered 25.78
4、million new cars, ranking first in the world. By 2020, Chinas car ownership has reached 260 million, with a steady growth. This also brings a series of problems, among which the safety of driving and the comfort of riding are concerned by customers. In the future society, the main force of car purch
5、ase will be women. Women are the most sensitive to the comfort of cars. The suspension system of cars plays a leading role in the comfort of cars. In this paper, the active suspension system of the car is modeled and analyzed, so that the safety, comfort and smoothness of the car can be significantl
6、y improved, so that the driving of the car is not affected by the road.This paper introduces the category, composition, working principle and development degree of the automobile suspension system. According to the development of the automobile suspension system, it discusses the structure and worki
7、ng principle of the automobile active suspension system through the establishment and Simulation of the mathematical model. Through the simulation results, it analyzes the working state of the automobile active suspension during the driving period and whether it is working or not The influence of th
8、e same road condition on the vehicle driving. The simulation model of the whole vehicle suspension system is established by using the Simulink module, and the influence of different suspension types on the safety, comfort and ride comfort of the vehicle is observed. According to the simulation resul
9、ts, the conclusion is drawn, and whether the active suspension system can play a theoretical role is analyzed. Finally, the vehicle active / passive suspension system is modeled and simulated based on MATLAB / Simulink. The conclusion is that the active suspension system can effectively improve the
10、safety, comfort and comfort of the vehicle.1绪论1.1引言目前，驾驶员在日益复杂的道路交通环境中驾驭汽车时，由于路况的复杂性，他们需要更频繁地改变行驶方向，驾驶员和乘客越来越依赖汽车的悬挂系统，作为汽车的五大总成之一，一个好的悬挂系统将给驾驶员提供一个更稳定的控制感和安全的驾驶体验并且乘客能感受到一个更舒适的乘坐感。 在当前安全性、舒适性和乘坐舒适性的发展背景下，一个良好的悬架系统对于汽车的研发和消费者的购买显得尤为重要。尤其是这个电气化的时代，主动悬架具有根据汽车行驶的路况、汽车的载荷质量、行驶的速度控制悬架的刚度和自动调节车身的高度和硬度的优点。
11、这也使汽车在行驶过程中更具有稳定性，从而使汽车在行驶过程中的安全性、平顺性和舒适性得到大幅度提高。从第一辆汽车落地到现在早已有一百多年的历史，为了提升汽车的舒适度，人们不断完善汽车悬挂系统，到目前为止汽车悬挂系统无论是机械结构还是各种参数都得到了很好的论证，但是仍然存在缺陷。然而，主动悬架和半主动悬架的应运而生为解决汽车悬架的发展这个问题提供了新方向和新思路。1.2主流汽车悬架的组成及分类汽车悬架系统是车身连接车轮的重要机构，主要为了缓和路面冲击、保证轮胎附着、提升车辆行驶稳定性和舒适性。悬挂系统通常是由导向机构、减震机构、弹性元件和辅助机构组成，一般按照其可控性分成主动悬架、被动悬架和半主动
12、悬架三个版本1。被动悬架因起价格低廉、结构可靠而被普遍应用，但其参数和结构不可变，环境应变能力较弱。主动悬架是利用多种传感器结合ECU、液压动力或气压动力改变悬架行程等实时参数的闭环系统，它可以更好地响应不同的道路，并大大提高车辆悬架系统性能。半主动悬架是一种非动力悬架系统，在普通的被动悬架系统中增加了可控制的阻尼元件。 其原始弹簧（钢板）弹性系数不变，只可在特定范畴内改变阻尼系数以提高悬架系统的整体性能。1.3汽车主动悬架的发展状况1.3.1国外发展状况为了解决如何提高汽车的乘坐舒适性，操纵稳定性和行驶平顺性性的问题，主动悬架的概念在1950年代和1960年代问世2。法国雪铁龙汽车公司设计并
13、投入生产的首个液压空气悬架系统，可大大提高当时的车辆行驶舒适性，但迫于技术和生产工艺限制，这套悬架系统未能得到普及。上世纪七十年代，美籍工程师D.A.Crosby和D.C.Karnopp首先提出了主动悬架控制的观念，随着科学技术的不断发展，科学家提出了最优控制，自适应控制，神经网络控制和预测控制等先进的控制概念。上世纪90年代，日产将最新的主动悬架系统应用于英菲尼迪Q45，这一举措进一步提高了该款汽车在较差路况条件下的行驶能力。随着科学技术的发展，可调式悬架控制系统出现了。它可以根据汽车运行的工作状态和路面的实际情况手动控制悬架的特性。近年来，随着大规模集成电路和传感器技术的不断发展，日本丰田
14、汽车公司已将主动悬架应用于丰田的SOARER中型轿车上，使汽车的平顺性提高大约7%左右。1.3.2国内发展状况相比于其他国家来说，我国的汽车工业起步整体较晚，因此，对于主动悬架系统的研发和推广也受制于行业整体情况。在我国早期，主要研究的方向是半主动悬架的控制方法，最为典型的是汪桂香团队的“模糊滑模控制器”和重庆大学廖昌蓉所采用的“频域加权最优控制方法”，但是两者的设计在实际应用中都不理想。经过多年的不断研究、探索和发展。北京理工大学丁科教授的团队使用神经网络来控制和研究主动悬架。重庆交通大学何渝生教授团队运用LQG最优控制理论3，有效研究了汽车的主动悬架系统，极大地提高了汽车的乘坐舒适性，安全
15、性和行驶平顺性。对于国内的汽车制造汽车来说对主动悬架的应用还是处在起步阶段。随着我国科学技术的不断发展，宇通汽车公司研发了一款以变刚度气囊器件和新型变阻尼减震器为主体的半主动悬架系统，并运用在了宇通的豪华大巴上，大大提高了整车的乘坐舒适性和车辆的行驶安全性。东风汽车公司开发出了液气复合式和电磁式半主动悬架系统，该系统冲破了国外对汽车半主动悬架的垄断，为我国主动悬架的研究和开发提供了基础4。1.4本课题主要研究内容在以往相关文献的基础上主要对汽车悬架系统进行模型的建立和仿真的设计和研究，研究的内容如下：1、首先，对汽车最常见的悬架系统的组成和工作原理进行梳理和总结，分析目前汽车主动悬架系统的发展
16、状况和不足之处，探讨该系统的未来发展趋势。2、其次，根据我国的道路条件，选择具有代表性的A、B和C三种道路，研究了各种工况下汽车悬架系统的运行条件。3、最后，汽车主动悬架和被动悬架系统内部结构进行对比分析和对汽车悬架系统以路面激励和汽车悬架运动进行建模，使用MATLAB中的Simulink模块模拟主动悬架和被动悬架的道路激励模型和运动模型7， 将仿真结果与曲线进行比较，得出结论。2汽车悬架的类型不论是传统的燃油汽车还是新能源的汽车，汽车的悬架系统需要满足的要求基本一致，这些要求之间可能会因为汽车工况不同而发生冲突。实际上，主流汽车悬架系统的组成其实大同小异，都是由簧片、减振器、导向机构及稳定杆等构成，连接车体与轮胎，传递动力的中间机构，如图2.1所示。1-上摆臂；2-减震弹簧；3-减振器；4-下摆臂；5-稳定杠；6-纵向推力杆图2.1普通悬架系统结构示意图2.1汽车被动悬架被动悬架系统是路面上最为常见的悬架形
