汽车悬架双质量系统的传递特性仿真研究
汽车悬架双质量系统的传递特性仿真研究[20191208103510]
摘 要
车辆悬架系统作为底盘的重要组成部分，对于汽车的操纵稳定性特别是平顺性起到了非常重要的影响。因此如何对悬架系统进行建模和仿真，对于悬架的设计而言有着非常重要的意义。悬架动力学系统包括路面激励，轮胎，悬架以及车身各组成。其中，车身位移与路面激励之间，以及车身加速度与车轮垂向速度之间的传递函数对于悬架性能的影响最大。
本文首先对双质量悬架系统进行了动力学分析。其次，运用MATLAB的SIMULINK模块建立了被动悬架、半主动悬架以及主动悬架系统的建模，最后进行了仿真。通过仿真结果，可以看出半主动悬架以及主动悬架有良好的平顺性，也表明该方法对于悬架的设计有良好的应用意义。
关键字:汽车悬架双质量系统传递特性MATLAB仿真
Key Words：The automobile suspension; Double-mass system; Transfer characteristics; MATLAB; Simulation 目 录
1.绪论 2
1.1 课题背景 2
1.2 国内外悬架的研究现状 4
1.3 本文研究内容 5
2.车辆悬架系统的基础知识 7
2.1汽车悬架的组成 7
2.2汽车悬架的分类 7
2.3车辆悬架的研究发展状况 8
3 汽车悬架双质量系统的动力学模型 12
3.1 被动悬架双质量的动力学模型 12
3.2 半主动悬架双质量的动力学模型 13
3.3 主动悬架双质量的动力学模型 14
4.基于MATLAB的双质量悬架模型仿真与分析 15
4.1 被动悬架双质量模型的仿真分析 15
4.2半主动悬架双质量模型的仿真分析 16
4.3主动悬架双质量模型的仿真分析 19
5.结语 22
参考文献 23
致谢 24
1.绪论
1.1 课题背景
汽车悬架是车架与车桥之间的所有传力连接装置的总称[1]。它的功用就是用来保证车辆的行驶状况正常，也就是将路面施加在车轮上的纵向、横向垂直反力以及所产生的力矩传递到车架上。但是其特性参数没有办法根据汽车行驶状况的改变而发生相应的变化，导致传统悬架的减震性能比较差，也不能有效的调节改变。所以，随着汽车工业的快速发展，人们开始热切希望能寻求到满足更高性能要求的新型悬架系统。
现在我国汽车工业和技术政策主要是以轿车为主,因此怎样更好的提高现代轿车的性能来满足消费者对于舒适性 高安全性的要求, 已成为生产厂商热切关心的问题。除了家用轿车外, 一些特殊车辆，比如：赛车、军用车辆等都对汽车悬架系统提出了更高的要求, 采用电流变阀外置的新型电流变液体减振器作为半主动悬架的阻尼元件, 通过调节电流变阀的电场强度来调节电流变液体减振器的阻尼系数, 从而实现在各种工况下, 阻尼的调节。通过仿真研究分析，可以得出在不同阻尼系数下，悬架系统对加速度响应、悬架变形以及轮胎变形的仿真结果, 使半主动悬架在实际应用中得到更加广泛的应用，也为主动悬架的研究奠定了一定的基础。
汽车上最重要的组成结构之一就是悬架，它最重要的功用是弹性地将车身和轮子连接成一个运动的整体。悬架系统主要构成是转向机构、减振器和弹簧部分[2]。悬架最重要的功用是传递作用在车轮和车身之间的各种力矩和力，例如驱动力、支撑力，支撑力制动力等等，同时减缓不平路面对车子的冲击、有效的减小振动的副作用、以达到消费者对于汽车乘坐舒适性和操作稳定性的要求、最大程度的降低动载荷，满足消费者对于汽车平顺性的各种要求。
因为使用固定刚度参数的弹性元件和固定阻尼参数的阻尼元件，参数不能依据车辆行驶情况的改变而发生改变，所以使传统悬架不能很好地满足汽车对车辆平顺性和舒适性的要求。半主动悬架拥有损耗功少，构造相对简单，成本便宜，可靠性好，最重要的是它的大体性能与主动悬架类似等好处。主动悬架研究主要表现在两点：第一点是可靠性的研究[3]；第二点是执行器的研究。鉴于主动悬架使用了大量的传感器、单片机、输入输出电路和各种接口，由于使用电器元件较多，从而使悬架的可靠性降低了，所以，不断加大元件的集成程度，是一个长期努力钻研探寻的一个阶段[4]。电气动力系统中的永磁直流直线伺服电机和直线伺服电机具有比较明显的优点，液压执行机构在今后发展过程中将会被代替[5]。根据电磁蓄能原理，结合数据参数估计自校正控制器，有望设计出功耗少性能强的电磁蓄能式自适应主动悬架，最终使主动悬架由理论概念研究转变为现实生活中汽车上的实际应用[6]。
汽车悬架系统是一个很复杂繁琐的非线性系统，对汽车半主动悬架的研究起步比较早，因此这方面的研究成果也非常多。20世纪80年代，Margolis等人提出了“开关”控制的汽车半主动悬架的概念，20世纪90年代初期，著名汽车公司丰田研究开发出一种全新理念的半主动悬架模型，它拥有3种减震情况，主要在Toyota Soarer280GT型轿车上使用[7]。20世纪90年代中期，KimBrough对汽车半主动悬架控制方法研究上吸收了Lyapunov研究方法，从而提高了控制算法的稳定性。1988年日本日产公司首次将“声呐”式半主动悬架系统应用于自主品牌Maximax轿车上。声呐式半主动悬架系统能够检测到悬架的参数，使悬架减震器具有“柔和”“适中”和“稳定”这3类使用情况。
伴随着计算机仿真技术的快速发展，多体动力学逐步成为汽车工程领域最受欢迎的建模理论依据，可以为汽车建立精确的动力学模型。MATLAB软件包含了各种各样的专用设计模块，与此同时也是多体动力学应用软件中最具代表性的，现在已经被广泛应用在各个领域，包括机械制造、汽车、铁道和航空航天等等。
本文运用MATLAB软件的仿真技术，实现了基于汽车悬架双质量的多体模型的被动，半主动和主动控制研究。首先利用Matlab/Simulink建立四分之一自由度的汽车悬架的动力学模型，并生成了随机路面激励。然后通过MATLAB的接口将机械系统传输到MATLAB里，同时对此机械系统进行被动控制，半主动控制和主动控制的控制系统仿真设计。最后在MATLAB的环境下进行汽车悬架的被动悬架，半主动悬架，主动悬架的仿真研究与分析，同时分析比较三者之间共同特点和不同效果。结果表明，主动控制策略能够很大程度上的改善悬架的平顺性。
Cleve Moler作为美国New Mexico大学计算机系主任，牺牲自己的休息时间，编写了EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler MATLAB现在已经成为了国际科学技术界公认的最优秀的应用软件之一，在全球范围内广为流传和使用[8]。它具有的优势有：计算功能高效、计算结果精准，编程可视化，编程效率非常高，造就了它在科学和工程计算方面得到很好的应用。MATLAB广泛应用于通讯、电子、工业控制、机械、建筑、汽车、财经、生命科学等工程技术领域。由于MATLAB是现在市场上最为先进的科技成果，自身拥有的优势比较明显，已经使它成为研究科学和设计工程中不可或缺的条件之一。
MATLAB有一个附加组件叫Simulink。它可以用来模拟非连续与连续系统，非线性与线性系统，或者模拟它们的组合系统，是最强大的仿真工具之一。它主要作用是采用模块组合的方法来构建动态系统的计算机模型，其重要特点是高效率、高精准。同时为了提高MTALAB在仿真研究上效果更好，使Simulink通过有规则的语法来调用S函数，从而达到提高仿真效果的目的。
1.2 国内外悬架的研究现状
科学技术的不断快速发展是人类永恒的追求。在古代刚刚有马车的时候，古人就为了使乘坐者感觉更加的舒服，人类就开始对马车的悬架—叶片弹簧进行着不断的研究改进。早在18世纪80年代中期，马车上采用的叶片弹簧就申请了专利许可，而且从那个时候用到了20世纪30年代，螺旋弹簧才慢慢地从主流中退去，叶片弹簧渐渐的在实际中更多的被应用。发明汽车以后，人类不断的对悬架的性能进行研究改进，相继开发制造出了橡胶弹簧、扭杆弹簧、钢板弹簧、气体弹簧等弹性元件。它主要通过优化设计的方法和经验来确定被动悬架的参数，车辆正常运行中被动悬架基本参数维持不变。它主要是对各种道路状况的大多数情况的表现，很难适应比较复杂的路况，导致悬架的抗振作用较低。为了克服存在的不足之处，采用非线性刚度弹簧和调节车身高度的方法，尽管有一些作用，但是被动悬架的不足之处却依然没有有效的发生改变。但是因为比较简单，价格便宜多在紧凑型，微型汽车上搭载被动悬架，诸如夏利、吉利、桑塔纳等车，这些车的前悬架一般搭载带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，而后悬架因为的类型较多，但是汽车上多搭载多连杆悬架或者复合式纵摆臂悬架等[9]。
1973年人类开始研究半主动悬架性能，主要通过调节悬架的阻尼来改变半主动悬架性能，对悬架刚度的调节基本不予考虑[10]。工作的理论依据是：依据簧载质量对加速度的反馈情况，车轮的速度反馈情况，按照有效的控制规律改变弹簧的阻尼力大小或者刚度参数[11]。虽然汽车半主动悬架力的产生方式基本上类似与被动悬架力产生的方式，但是半主动悬架却可以对自身的阻尼和刚度系数进行有效的调节，从而适应不同路面的行驶需求，在这方面半主动悬架和主动悬架类似。而且有级式半主动悬架可以根据阻尼的不同分成不同的等级，开车的驾驶员可以根据自己开车时候的第一感受调节等级，更好的行驶保证驾驶员的舒适性；无级式半主动悬架可以根据汽车不同的行驶状态或者道路条件，非常快速的对悬架的阻尼进行从小到大的无级调节。另外重要的一点是半主动悬架结构较为简单，运行的时候不用耗费额外的动力来满足它的需求，可以动力更加高效的被利用，而且能够获得和主动悬架类似的性能，这表明半主动悬架的未来发展空间还是非常宽广的。随着高速公路的日益成熟，人们对时间的不断需求，为了更好的汲取时间，这就要求汽车的速度提高，但是被动悬架装在汽车上低速行驶时候还可以规避它的一些缺点，当高速行驶时候，被动悬架的缺点就凸显出来了，这就要求我们寻找更好的悬架系统来满足人们的工作，生活需求。鉴于人类的快速发展，被动悬架已经慢慢的难以满足人类的需求，这就促使人类对半主动悬架，主动悬架的不断深入研究，开发出能够兼容汽车行驶过程中的舒适性和稳定性的悬架。
早在20世纪60年代，通用汽车公司的研究人员就给出了主动悬架的一个理论概念，这也是人类首次对主动悬架进行一个系统的定义。它主要是在被动悬架的基础上，加强对阻尼和调节刚度的装置进行控制，使汽车的悬架在各种各样的路面上都能够保持最好的行驶情况。控制装置主要包括能源系统、反馈控制系统、测量系统等。上世纪80年代，世界上主要的汽车公司都花费大量的物力，人力钻研这种悬架的未来应用价值。很多豪车品牌如沃尔沃、奔驰等都取得了成功的应用。汽车在配备主动悬架以后，高速驾驶在各种各样的恶劣道路上时，车身非常稳定，轮胎的摩擦噪音很小，车身在制动或者转向时也可以很好地保持平稳状态。其最主要的优点是乘坐舒服性很好，但是缺点是存在着结构过于复杂、能耗较高、成本高、可靠性等问题[12]。我国在经历多年战乱后，经济，科技都比较落后，汽车在中国的发展更是晚于西方发达国家几大步，但是我们也努力追赶发达国家，现在我国大学都开设了车辆工程专业和相关的专业，其中比较有代表性的有：吉林大学，北京理工，同济大学等。它们在这方面属于中国对汽车研究的领头羊。
但是由于外国对关键的技术的垄断，导致我国对汽车悬架的研究发展比较慢，只有少数几个学校的几个人取得了一定的成就。从上面我们知道早在上个世纪60年代就提出了关于主动悬架的定义，但是由于收到技术的限制，相关难题的没有攻克，导致主动悬架的实际应用还比较少，只有少数豪车上采用，我国基本上在这方面的应用为零。因此，各国汽车主要生产商家都不遗余力的花费大量的人力，物力来研究主动悬架。相信在未来的不远处，主动悬架会被广泛的应用在各类汽车上。我国也会努力追赶西方发达国家，争取在未来世界格局中，中国汽车品牌可以占有一席之地。
1.3 本文研究内容
如果说发动机是汽车的心脏，那么悬架就是汽车的动脉血管，负责传输各种力及所产生的力矩，从而是汽车的行驶平顺性能够得到保证，同时使驾驶员能够更容易的操纵汽车，也就是要求汽车的操纵稳定性也得到很好的保证，它对汽车性能的影响是决定性的。因此如何对悬架系统进行建模和仿真研究，对于悬架的设计而言有着非常重要的意义。悬架动力学系统包括路面激励，轮胎，悬架以及车身各组成。其中车身位移与路面激励之间，以及车身加速度与车轮垂向速度之间的传递函数对于悬架性能的影响最大。本文运用MATLAB以及SIMULINK模块进行仿真，通过仿真被动悬架，半主动悬架，主动悬架结果可以分析悬架的力学性能。找出被动悬架，半主动悬架，主动悬架三者之间的关系，共同点，不同点，找到需要改变那些条件，可以是汽车的行驶平顺系和操作稳定性同时得到提高，同时探索研究一些存在的问题，寻求好的解决方法，更好的找到解决办法，使汽车悬架双质量系统的传递特性更好的为汽车的操作稳定性和行驶平顺系提供良好的保障，与此同时本课题具有具有一定的实际应用价值。
2.车辆悬架系统的基础知识
2.1汽车悬架的组成
汽车悬架的构成包括减震器 ，导向机构，弹性元件等，也有一些悬架除了以上部件，还包括横向稳定杆 ，缓冲块等。其中一个弹性元件又可以分为钢板弹簧 、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等多种类型，虽然种类很多，是、但是在日常应用上螺旋弹簧和扭杆弹簧在汽车上比较常见，空气弹簧由于比较昂贵，技术复杂很少被应用。汽车上最重要的组成结构之一就是悬架，它最重要的功用是弹性地将车身和轮子连接成一个运动的整体。悬架系统主要构成是转向机构、减振器和弹簧部分。悬架最重要的功用是传递作用在车轮和车身之间的各种力矩和力，例如驱动力、支撑力，支撑力制动力等等，同时减缓不平路面对车子的冲击、有效的减小振动的副作用、以达到消费者对于汽车乘坐舒适性和操作稳定性的要求、最大程度的降低动载荷，满足消费者对于汽车平顺性的各种要求。
因为使用固定刚度参数的弹性元件和固定阻尼参数的阻尼元件，参数不能依据车辆行驶情况的改变而发生改变，所以使传统悬架不能很好地满足汽车对车辆平顺性和舒适性的要求。半主动悬架拥有损耗功少，构造相对简单，成本便宜，可靠性好，最重要的是它的大体性能与主动悬架类似等好处。主动悬架研究主要表现在两点：第一点是可靠性的研究；第二点是执行器的研究。鉴于主动悬架使用了大量的传感器、单片机、输入输出电路和各种接口，由于使用电器元件较多，从而使悬架的可靠性降低了，所以，不断加大元件的集成程度，是一个长期努力钻研探寻的一个阶段。
摘 要
车辆悬架系统作为底盘的重要组成部分，对于汽车的操纵稳定性特别是平顺性起到了非常重要的影响。因此如何对悬架系统进行建模和仿真，对于悬架的设计而言有着非常重要的意义。悬架动力学系统包括路面激励，轮胎，悬架以及车身各组成。其中，车身位移与路面激励之间，以及车身加速度与车轮垂向速度之间的传递函数对于悬架性能的影响最大。
本文首先对双质量悬架系统进行了动力学分析。其次，运用MATLAB的SIMULINK模块建立了被动悬架、半主动悬架以及主动悬架系统的建模，最后进行了仿真。通过仿真结果，可以看出半主动悬架以及主动悬架有良好的平顺性，也表明该方法对于悬架的设计有良好的应用意义。
关键字:汽车悬架双质量系统传递特性MATLAB仿真
Key Words：The automobile suspension; Double-mass system; Transfer characteristics; MATLAB; Simulation 目 录
1.绪论 2
1.1 课题背景 2
1.2 国内外悬架的研究现状 4
1.3 本文研究内容 5
2.车辆悬架系统的基础知识 7
2.1汽车悬架的组成 7
2.2汽车悬架的分类 7
2.3车辆悬架的研究发展状况 8
3 汽车悬架双质量系统的动力学模型 12
3.1 被动悬架双质量的动力学模型 12
3.2 半主动悬架双质量的动力学模型 13
3.3 主动悬架双质量的动力学模型 14
4.基于MATLAB的双质量悬架模型仿真与分析 15
4.1 被动悬架双质量模型的仿真分析 15
4.2半主动悬架双质量模型的仿真分析 16
4.3主动悬架双质量模型的仿真分析 19
5.结语 22
参考文献 23
致谢 24
1.绪论
1.1 课题背景
汽车悬架是车架与车桥之间的所有传力连接装置的总称[1]。它的功用就是用来保证车辆的行驶状况正常，也就是将路面施加在车轮上的纵向、横向垂直反力以及所产生的力矩传递到车架上。但是其特性参数没有办法根据汽车行驶状况的改变而发生相应的变化，导致传统悬架的减震性能比较差，也不能有效的调节改变。所以，随着汽车工业的快速发展，人们开始热切希望能寻求到满足更高性能要求的新型悬架系统。
现在我国汽车工业和技术政策主要是以轿车为主,因此怎样更好的提高现代轿车的性能来满足消费者对于舒适性 高安全性的要求, 已成为生产厂商热切关心的问题。除了家用轿车外, 一些特殊车辆，比如：赛车、军用车辆等都对汽车悬架系统提出了更高的要求, 采用电流变阀外置的新型电流变液体减振器作为半主动悬架的阻尼元件, 通过调节电流变阀的电场强度来调节电流变液体减振器的阻尼系数, 从而实现在各种工况下, 阻尼的调节。通过仿真研究分析，可以得出在不同阻尼系数下，悬架系统对加速度响应、悬架变形以及轮胎变形的仿真结果, 使半主动悬架在实际应用中得到更加广泛的应用，也为主动悬架的研究奠定了一定的基础。
汽车上最重要的组成结构之一就是悬架，它最重要的功用是弹性地将车身和轮子连接成一个运动的整体。悬架系统主要构成是转向机构、减振器和弹簧部分[2]。悬架最重要的功用是传递作用在车轮和车身之间的各种力矩和力，例如驱动力、支撑力，支撑力制动力等等，同时减缓不平路面对车子的冲击、有效的减小振动的副作用、以达到消费者对于汽车乘坐舒适性和操作稳定性的要求、最大程度的降低动载荷，满足消费者对于汽车平顺性的各种要求。
因为使用固定刚度参数的弹性元件和固定阻尼参数的阻尼元件，参数不能依据车辆行驶情况的改变而发生改变，所以使传统悬架不能很好地满足汽车对车辆平顺性和舒适性的要求。半主动悬架拥有损耗功少，构造相对简单，成本便宜，可靠性好，最重要的是它的大体性能与主动悬架类似等好处。主动悬架研究主要表现在两点：第一点是可靠性的研究[3]；第二点是执行器的研究。鉴于主动悬架使用了大量的传感器、单片机、输入输出电路和各种接口，由于使用电器元件较多，从而使悬架的可靠性降低了，所以，不断加大元件的集成程度，是一个长期努力钻研探寻的一个阶段[4]。电气动力系统中的永磁直流直线伺服电机和直线伺服电机具有比较明显的优点，液压执行机构在今后发展过程中将会被代替[5]。根据电磁蓄能原理，结合数据参数估计自校正控制器，有望设计出功耗少性能强的电磁蓄能式自适应主动悬架，最终使主动悬架由理论概念研究转变为现实生活中汽车上的实际应用[6]。
汽车悬架系统是一个很复杂繁琐的非线性系统，对汽车半主动悬架的研究起步比较早，因此这方面的研究成果也非常多。20世纪80年代，Margolis等人提出了“开关”控制的汽车半主动悬架的概念，20世纪90年代初期，著名汽车公司丰田研究开发出一种全新理念的半主动悬架模型，它拥有3种减震情况，主要在Toyota Soarer280GT型轿车上使用[7]。20世纪90年代中期，KimBrough对汽车半主动悬架控制方法研究上吸收了Lyapunov研究方法，从而提高了控制算法的稳定性。1988年日本日产公司首次将“声呐”式半主动悬架系统应用于自主品牌Maximax轿车上。声呐式半主动悬架系统能够检测到悬架的参数，使悬架减震器具有“柔和”“适中”和“稳定”这3类使用情况。
伴随着计算机仿真技术的快速发展，多体动力学逐步成为汽车工程领域最受欢迎的建模理论依据，可以为汽车建立精确的动力学模型。MATLAB软件包含了各种各样的专用设计模块，与此同时也是多体动力学应用软件中最具代表性的，现在已经被广泛应用在各个领域，包括机械制造、汽车、铁道和航空航天等等。
本文运用MATLAB软件的仿真技术，实现了基于汽车悬架双质量的多体模型的被动，半主动和主动控制研究。首先利用Matlab/Simulink建立四分之一自由度的汽车悬架的动力学模型，并生成了随机路面激励。然后通过MATLAB的接口将机械系统传输到MATLAB里，同时对此机械系统进行被动控制，半主动控制和主动控制的控制系统仿真设计。最后在MATLAB的环境下进行汽车悬架的被动悬架，半主动悬架，主动悬架的仿真研究与分析，同时分析比较三者之间共同特点和不同效果。结果表明，主动控制策略能够很大程度上的改善悬架的平顺性。
Cleve Moler作为美国New Mexico大学计算机系主任，牺牲自己的休息时间，编写了EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler MATLAB现在已经成为了国际科学技术界公认的最优秀的应用软件之一，在全球范围内广为流传和使用[8]。它具有的优势有：计算功能高效、计算结果精准，编程可视化，编程效率非常高，造就了它在科学和工程计算方面得到很好的应用。MATLAB广泛应用于通讯、电子、工业控制、机械、建筑、汽车、财经、生命科学等工程技术领域。由于MATLAB是现在市场上最为先进的科技成果，自身拥有的优势比较明显，已经使它成为研究科学和设计工程中不可或缺的条件之一。
MATLAB有一个附加组件叫Simulink。它可以用来模拟非连续与连续系统，非线性与线性系统，或者模拟它们的组合系统，是最强大的仿真工具之一。它主要作用是采用模块组合的方法来构建动态系统的计算机模型，其重要特点是高效率、高精准。同时为了提高MTALAB在仿真研究上效果更好，使Simulink通过有规则的语法来调用S函数，从而达到提高仿真效果的目的。
1.2 国内外悬架的研究现状
科学技术的不断快速发展是人类永恒的追求。在古代刚刚有马车的时候，古人就为了使乘坐者感觉更加的舒服，人类就开始对马车的悬架—叶片弹簧进行着不断的研究改进。早在18世纪80年代中期，马车上采用的叶片弹簧就申请了专利许可，而且从那个时候用到了20世纪30年代，螺旋弹簧才慢慢地从主流中退去，叶片弹簧渐渐的在实际中更多的被应用。发明汽车以后，人类不断的对悬架的性能进行研究改进，相继开发制造出了橡胶弹簧、扭杆弹簧、钢板弹簧、气体弹簧等弹性元件。它主要通过优化设计的方法和经验来确定被动悬架的参数，车辆正常运行中被动悬架基本参数维持不变。它主要是对各种道路状况的大多数情况的表现，很难适应比较复杂的路况，导致悬架的抗振作用较低。为了克服存在的不足之处，采用非线性刚度弹簧和调节车身高度的方法，尽管有一些作用，但是被动悬架的不足之处却依然没有有效的发生改变。但是因为比较简单，价格便宜多在紧凑型，微型汽车上搭载被动悬架，诸如夏利、吉利、桑塔纳等车，这些车的前悬架一般搭载带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，而后悬架因为的类型较多，但是汽车上多搭载多连杆悬架或者复合式纵摆臂悬架等[9]。
1973年人类开始研究半主动悬架性能，主要通过调节悬架的阻尼来改变半主动悬架性能，对悬架刚度的调节基本不予考虑[10]。工作的理论依据是：依据簧载质量对加速度的反馈情况，车轮的速度反馈情况，按照有效的控制规律改变弹簧的阻尼力大小或者刚度参数[11]。虽然汽车半主动悬架力的产生方式基本上类似与被动悬架力产生的方式，但是半主动悬架却可以对自身的阻尼和刚度系数进行有效的调节，从而适应不同路面的行驶需求，在这方面半主动悬架和主动悬架类似。而且有级式半主动悬架可以根据阻尼的不同分成不同的等级，开车的驾驶员可以根据自己开车时候的第一感受调节等级，更好的行驶保证驾驶员的舒适性；无级式半主动悬架可以根据汽车不同的行驶状态或者道路条件，非常快速的对悬架的阻尼进行从小到大的无级调节。另外重要的一点是半主动悬架结构较为简单，运行的时候不用耗费额外的动力来满足它的需求，可以动力更加高效的被利用，而且能够获得和主动悬架类似的性能，这表明半主动悬架的未来发展空间还是非常宽广的。随着高速公路的日益成熟，人们对时间的不断需求，为了更好的汲取时间，这就要求汽车的速度提高，但是被动悬架装在汽车上低速行驶时候还可以规避它的一些缺点，当高速行驶时候，被动悬架的缺点就凸显出来了，这就要求我们寻找更好的悬架系统来满足人们的工作，生活需求。鉴于人类的快速发展，被动悬架已经慢慢的难以满足人类的需求，这就促使人类对半主动悬架，主动悬架的不断深入研究，开发出能够兼容汽车行驶过程中的舒适性和稳定性的悬架。
早在20世纪60年代，通用汽车公司的研究人员就给出了主动悬架的一个理论概念，这也是人类首次对主动悬架进行一个系统的定义。它主要是在被动悬架的基础上，加强对阻尼和调节刚度的装置进行控制，使汽车的悬架在各种各样的路面上都能够保持最好的行驶情况。控制装置主要包括能源系统、反馈控制系统、测量系统等。上世纪80年代，世界上主要的汽车公司都花费大量的物力，人力钻研这种悬架的未来应用价值。很多豪车品牌如沃尔沃、奔驰等都取得了成功的应用。汽车在配备主动悬架以后，高速驾驶在各种各样的恶劣道路上时，车身非常稳定，轮胎的摩擦噪音很小，车身在制动或者转向时也可以很好地保持平稳状态。其最主要的优点是乘坐舒服性很好，但是缺点是存在着结构过于复杂、能耗较高、成本高、可靠性等问题[12]。我国在经历多年战乱后，经济，科技都比较落后，汽车在中国的发展更是晚于西方发达国家几大步，但是我们也努力追赶发达国家，现在我国大学都开设了车辆工程专业和相关的专业，其中比较有代表性的有：吉林大学，北京理工，同济大学等。它们在这方面属于中国对汽车研究的领头羊。
但是由于外国对关键的技术的垄断，导致我国对汽车悬架的研究发展比较慢，只有少数几个学校的几个人取得了一定的成就。从上面我们知道早在上个世纪60年代就提出了关于主动悬架的定义，但是由于收到技术的限制，相关难题的没有攻克，导致主动悬架的实际应用还比较少，只有少数豪车上采用，我国基本上在这方面的应用为零。因此，各国汽车主要生产商家都不遗余力的花费大量的人力，物力来研究主动悬架。相信在未来的不远处，主动悬架会被广泛的应用在各类汽车上。我国也会努力追赶西方发达国家，争取在未来世界格局中，中国汽车品牌可以占有一席之地。
1.3 本文研究内容
如果说发动机是汽车的心脏，那么悬架就是汽车的动脉血管，负责传输各种力及所产生的力矩，从而是汽车的行驶平顺性能够得到保证，同时使驾驶员能够更容易的操纵汽车，也就是要求汽车的操纵稳定性也得到很好的保证，它对汽车性能的影响是决定性的。因此如何对悬架系统进行建模和仿真研究，对于悬架的设计而言有着非常重要的意义。悬架动力学系统包括路面激励，轮胎，悬架以及车身各组成。其中车身位移与路面激励之间，以及车身加速度与车轮垂向速度之间的传递函数对于悬架性能的影响最大。本文运用MATLAB以及SIMULINK模块进行仿真，通过仿真被动悬架，半主动悬架，主动悬架结果可以分析悬架的力学性能。找出被动悬架，半主动悬架，主动悬架三者之间的关系，共同点，不同点，找到需要改变那些条件，可以是汽车的行驶平顺系和操作稳定性同时得到提高，同时探索研究一些存在的问题，寻求好的解决方法，更好的找到解决办法，使汽车悬架双质量系统的传递特性更好的为汽车的操作稳定性和行驶平顺系提供良好的保障，与此同时本课题具有具有一定的实际应用价值。
2.车辆悬架系统的基础知识
2.1汽车悬架的组成
汽车悬架
因为使用固定刚度参数的弹性元件和固定阻尼参数的阻尼元件，参数不能依据车辆行驶情况的改变而发生改变，所以使传统悬架不能很好地满足汽车对车辆平顺性和舒适性的要求。半主动悬架拥有损耗功少，构造相对简单，成本便宜，可靠性好，最重要的是它的大体性能与主动悬架类似等好处。主动悬架研究主要表现在两点：第一点是可靠性的研究；第二点是执行器的研究。鉴于主动悬架使用了大量的传感器、单片机、输入输出电路和各种接口，由于使用电器元件较多，从而使悬架的可靠性降低了，所以，不断加大元件的集成程度，是一个长期努力钻研探寻的一个阶段。
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