阻尼可调式减振器的控制系统设计(附件)【字数:14158】

摘 要摘 要汽车悬架是汽车的重要组成部分,它能够缓解由路面传递给车身的冲击载荷,从而减弱由此产生的振动,以确保车辆的正常行驶。其中半主动悬架由于其成本较低且性能优良而具有广泛的应用前景。而由于悬架的刚度系数较难调节,所以通过阻尼可调式减振器调节悬架的阻尼系数是研究的主要方向。本文将为半主动悬架设计一个控制系统,以使其减振器能够在行驶过程中根据不同路况为悬架系统提供合适的阻尼力。首先将通过力学分析建立半主动悬架和阻尼可调式减振器的数学模型。之后将拟定控制策略,并通过SIMULINK进行仿真分析。通过仿真,比较了被动悬架和分别使用天棚阻尼控制以及模糊控制的半主动悬架的控制性能。其仿真结果表明,同时使用天棚阻尼控制和模糊控制的半主动悬架控制性能优于其他控制方法。最后为控制系统设计控制电路和控制程序,由于时间等原因本文仅编写了主程序,并在文中列出了其子程序的功能及编写思路。关键词半主动悬架;减振器;阻尼可调;控制系统
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题目的及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3半主动悬架控制理论的介绍 2
1.4研究的主要内容及方法 3
第二章 悬架系统数学模型的建立 5
2.1半主动悬架系统半车数学模型的建立 5
2.1.1被动悬架半车数学模型的建立 5
2.1.2半主动悬架半车数学模型的建立 6
2.1.3悬架系统状态空间方程的确定 7
2.2空气弹簧数学模型的建立 9
第三章 阻尼可调式减振器的工作原理及其数学模型的建立 12
3.1普通双筒式减振器 12
3.1.1普通双筒式减振器的结构特点 12
3.1.2普通双筒式减振器的工作原理 12
3.2普通双筒式减振器数学模型的建立 13
3.2.1复原行程数学模型的建立 13
3.2.2压缩行程数学模型的建立 15
3.3有级阻尼可调式减振器 17
3.3.1有级阻尼可调式减振器的结构原理 17
3.3.2有级阻尼可调式减振器数学模型的建立 17
3.4有级阻尼可调减振器的仿真 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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第四章 控制策略的制定以及仿真分析 21
4.1天棚阻尼控制 21
4.1.2天棚阻尼控制的简单介绍 21
4.1.2天棚阻尼控制控制策略的制定 21
4.2模糊控制 22
4.2.1模糊控制的简单介绍 22
4.2.2模糊控制控制策略的制定 23
4.2路面输入模型的建立 28
4.2.1路面不平度输入模型 28
4.3.2路面不平度输入仿真 30
4.4悬架系统的仿真与分析 31
4.4.1悬架系统的仿真 32
4.4.2仿真结果的分析 36
第五章 控制系统的硬件设计 38
5.1控制芯片及传感器的选择 38
5.2控制电路的设计 39
5.3控制程序的设计 42
总 结 45
致 谢 46
参考文献 47
第一章 绪论
1.1选题目的及意义
汽车的振动对汽车的性能有非常大的影响,例如:平顺性、操纵稳定性及车辆零部件的疲劳寿命等。严重的振动还会影响车速并且在车辆行驶过程中产生噪声。所以研究并减小车辆振动有着非常大的意义。减小车辆振动需要提高车辆的抗振性能,而这都依赖于车辆悬架系统的改善[1]。
车辆的悬架系统是指车身与车轮之间一切传力装置的总称[2]。它是现代汽车的重要组成部分,它的主要功能是传递车轮与车身之间的一切力与力矩,并且缓解由路面传递给车身的冲击载荷,来减弱由此产生的振动,以确保车辆的正常行驶,并为乘客提供舒适的乘坐体验[3]。
目前国内的汽车所广泛应用的是传统的被动悬架和被动减振器[4]。由于传统被动悬架的阻尼系数及刚度都是固定的,无法根据路况而做出相应的调整,它仅能储存和消散能量,所以无法起到良好的减振作用。为了解决这一问题,人们发明了主动悬架。理论上,主动悬架能够为汽车提供良好的减振性能,但其存在能耗大、成本高、结构复杂等问题,从而使其难以应用[5]。
由于半主动悬架能够在性能(负载能力、乘坐舒适性、安全性等)和成本(传感器、重量、组成、电子、功耗等)之间取到最佳平衡,所以相较于主动悬架和被动悬架,半主动悬架是目前最流行的车辆悬架。半主动悬架系统通常包括弹簧、阻尼可调式减振器以及控制器,其中阻尼可调式减振器是其核心部件,它的性能将直接影响到整个汽车的性能,所以研究阻尼可调式减振器具有重要意义。
1.2国内外研究现状
半主动悬架按其调节的机构可分为刚度可调和阻尼可调半主动悬架。由于阻尼控制相对于刚度控制更容易,所以对半主动悬架的研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面,并通过阻尼可调式减振器加以实现[6]。
目前,阻尼可调式减振器的形式有很多种,其中,我国学者主要致力于磁流变体、电流变体、节流口可调阻尼减振器的研究,特别是对减振液粘度可调性的研究。近些年,我国学者曾将磁流体用作减振液,并以改变磁场强度的方法达到改变阻尼的效果[7]。日本Bridgestone研制的电流变液体减振器,通过改变高磁场电压的方法,可使减振液粘度在几毫秒内改变。德国巴依尔公司研制的采用能改变减振度的电流变流体减振器,能在0.0015s内改变减振器的性能参数,以满足路况要求[8]。
由于目前大多数的阻尼可调式减振器都需要有电源提供电流,同时还需要一个控制系统来调节输入电流的大小,以控制阻尼力符合要求。这样,增大了减振器系统的体积和质量,使减振器体积过大。为了解决这一问题,近年来国内外研究人员研究了一种无需外部电源和控制设备的自供电阻尼可调减振器[6]。
现有的部分汽车悬架系统的弹性元件为空气弹簧,由于其刚度在汽车行驶过程中是变化的,故其具有比较理想的变刚度特性。一般来说与空气弹簧匹配的阻尼元件均为液压减振器,近几年来国内已有从事半主动空气悬架及半主动油气悬架的研究,并且已经取得了一定的研究成果。

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