动力学论文

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1、运用Matlab/Simulink对主动悬架动力学仿真与分析摘要：基于主动悬架车辆 1/4 动力学模型，采用 LQG 最优调节器理论确定 了主动悬架的最优控制方法，利用 matlab 软件建立了主动悬架汽车动力学仿真 模型，并用某一车型数据进行了动力学分析和仿真，仿真输出量可作为评价主动 悬架的控制方法和与平顺性有关的车辆结构参数的依据。关键词：主动悬架 仿真 MatlabDynamics Simulation Of Vehicle Active-suspension By Using MATLABAbstract: Linear-Quadratic-Gaussian(LQG) optiona

2、l regulator theory is applied to optional control of active-suspension based on quarter vehicle dynamics model of active-suspension. Using MATLAB software ，dynamics on model of vehicle of active-suspension is established to make analysis and simulation according to some actual data .Simulation outpu

3、t can be used to evaluate the control method of active-suspension and structure parameters of vehicle in relation to ride performance.Key words: active-suspension simulation MATLAB悬架作为现代汽车上重要的总成之一，对汽车的平顺性、操纵稳定性等有重 要的影响，统的被动悬架虽然结构简单，但其结构参数无法随外界条件变化，因 而极大的限制了悬架性能的提高。动悬架通过采用激励器取代被动悬架的弹性和 阻尼元件，组成一个闭环控制系

4、统，根据汽车的运动状态和当前激励大小主动做 出反应，使其始终处于最佳工作状态。MATLAB最为流行的以数值计算为主的软件，不但具有卓越的数值计算功 能和强大的图形处理能力，而且还具有在专业水平上开发符号计算、文字处理、 可视化建模仿真和实时控制能力，使MATLAB成为适合多学科、多部门要求的 新一代科技应用软件。在MATLAB中有一个对动态系统进行建模、仿真和分析 的软件包SIMULINK,支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，与 传统的仿真软件包相比，具有更直观、方便、灵活的优点。1、悬架汽车动力学模型的建立本文用1 /4车辆模型分析车辆特性。被动悬架的结构原理如图1 (a)所示， 图

5、示M、M、K、K、C、X、X、X分别代表车辆的1/4车体重、半桥重、悬架刚 度、轮胎刚度：悬架阻尼、车体位移、车桥位移、路面输入，动悬架的结构原理 如图1 (b)所示，图中加设了一个激励器，U为激励器产生的控制力，大小根 据系统的状态变量调节。1.1 主动悬架的动力学方程定义状态变量X=x1,x2,x3,x4,x5t=X X X X Xt，路面输入模型为白噪声，x5 =-2nfx5+2n (GU ) 1/2W ,f为底阶段频率，G为路面粗糙度系000(t)00数，U为车辆前进速度。代入上述的动力学方程，可以得到X二AX+BU,这里()00 0Ks2 +人A =仏.仏.仏I)0)I000_ 0)

6、0-2亦一亠)0B 二MbMb00)2 771.2 LQG 最优控制最优控制目标是使车体的垂直加速度、轮胎动载荷最小，同时将悬架动挠度 保持在允许的范围内，LQG (linear_Quadratic-Gaussian)线性二次调节器是设计 最优动态调节器的一种状态空间技术。为实现上述控制目标本文采用LQG技术, 引入下面的LQG控制器性能指标泛函数：式中ql、q2是权系数，代表性能指标的重要程度。ql为控制动态轮胎载荷的权系数， q2 为控制悬架动挠度的权系数。将状态变量X代入上述的泛函并化为二次形式为:3)这里00()000000qi +2 扎00+ Kf/Mb-q、00 q0()()()0

7、M 二 1()0- &/ 曲()1尺二2、主动悬架在Matlab上的仿真实现某车型的相关参数：M =320kg,M =40kg,k =2000N/m,k =200kN/m, C =20kN s/m,bwstsG =5* 10-6m3/cycle,U =20m/s,f =0.01Hz,q1=8000Hz,q2=100Hz。将这些参数代入上 0 0 0-2.2069 + 2. 24221述的表达式，利用Matlab的函数K,S,E二LQR (A, B, Q, R, N)求得最优反馈 增益矩阵K、Riccati方程的稳态解S和闭环系统的特征值E。1433.4 -403. 65-16800 11615

8、4 709.4214.54530. ()082H). ()32-5. 65434. 09590. 00820.1587- 0. 00400.7956-0. 789110. ()320. 004044.794-12.614-31.549-5. 65430. 7956-12. 614808. 68 -796.37-4. 09590. 7891-31.549-796. 37!S27.61-5. 0783 +70. 892/. - 5. 0783 一 70. 892/r-2. 2069 - 2.24221, -0.06282.1 SIMULINK 仿真模型根据上述的主动悬架动力学模型和最优控制策略，可

9、建立仿真模型，在Matlab上的Simulink仿真模型如图2所示图 2 主动悬架仿真模型2.2 仿真输出系统的仿真输出量为下列四个参数：汽车车身垂直振动加速度、悬架的动挠度、轮胎的变形、 轮胎跳动加速度。这些参数是衡量汽车平顺性和安全性非常重要的量。在图2中的示波器BA表 示该示波器输出车身垂直振动加速度的波形，示波器SWS表示该示波器输出悬架动挠度的波形, 示波器DTD表示该示波器输出轮胎变形的波形，示波器WA表示该示波器输出轮胎跳动加速度 的波形。进行模拟仿真，得到相应输出量图形如图：图 3 车身垂直振动加速度图 5 轮胎的变形图 4 悬架的动挠度图 6 轮胎跳动加速度3、结束语利用Ma

10、tlab软件对安装有主动悬架的汽车进行动力学仿真，可以很方便的建 立动力学仿真模型，可以方便的对车身垂直振动加速度、悬架动挠度等变量进行 跟踪，就能利用国际标准ISO2631推荐的方法进行车辆的平顺性评价。仿真结果 可以帮助评价与汽车平顺性有关的的结构参数，也可以帮助选择最优调节器的控 制方法和控制器的设计。本文为了说明方便，利用的是1/4车辆动力学模型。为 提高车辆动力学仿真的精度，可以增加系统自由度，采用整车动力学模型。参考文献：1 薛定宇，控制系统计算机辅助设计一MATLAB语言及应用M.北京： 清华大学出版社,1996。2 祁建城，李若新.汽车主动悬架最优控制J.汽车工程,1999。3 余志生.汽车理论（第2版）M.北京：机械工业出版社，1998。.