基于聯(lián)合仿真技術(shù)的汽車主動(dòng)懸架模糊控制仿真分析

鮑曉東，張仙妮，丁金剛

（1.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100042；2.北京汽車動(dòng)力總成有限公司 技術(shù)中心，北京 101106）

0 引言

隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車乘坐舒適性的要求越來越高。主動(dòng)用懸架技術(shù)能有效提高汽車乘坐的舒適性。目前，國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)主動(dòng)懸架做了大量的研究工作，采用了各種控制方法，主要有PID 控制、LQG 控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等方法。但大多是建立在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的仿真研究，事實(shí)上汽車在運(yùn)動(dòng)過程中許多參數(shù)不易測(cè)得，所以使用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，必然使分析結(jié)果具有一定的不準(zhǔn)確性[1]。把Adams 和Matlab 結(jié)合起來使用，充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢(shì)，這將給一些復(fù)雜系統(tǒng)的研究提供一種新的途徑[2]。本文以某轎車為研究對(duì)象,運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)建模軟件Adams/car 建立車輛動(dòng)力學(xué)整車模型, 并在Matlab/Simulink 中創(chuàng)建模糊控制器建立一個(gè)聯(lián)合的閉合主動(dòng)懸架控制環(huán)境，利用該環(huán)境對(duì)汽車聯(lián)合控制進(jìn)行仿真。

1 整車模型的建立

使用Adams／car 的建模器模塊快速創(chuàng)建前后懸架、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向系、車身、前后輪胎、制動(dòng)器等所需模型，然后在標(biāo)準(zhǔn)模塊將這些模型的子系統(tǒng)裝配成整車虛擬樣機(jī)。修改Adams／car 中原有的模板文件創(chuàng)建整車虛擬樣機(jī)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前后輪胎系統(tǒng)、前后雙橫臂主動(dòng)懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及車身系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在此模板界面下依次被創(chuàng)建。最后將各子系統(tǒng)裝配成裝有主動(dòng)懸架的整車虛擬樣機(jī)[3]。

2 圖形分析

使用模糊控制器并結(jié)合上面生成的Adams 控制模板與Matlab 建立整車聯(lián)合仿真模型[4]，如圖1 所示。

圖1 整車聯(lián)合仿真模型

以下各圖為汽車車速20m/s、隨機(jī)路面下的整車評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)域響應(yīng)：

圖2 車身垂向加速度時(shí)域響應(yīng)

圖3 車身側(cè)傾角速度時(shí)域響應(yīng)

圖4 車身俯仰角速度時(shí)域響應(yīng)

圖5 前懸架左側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖6 前懸架右側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖7 后懸架左側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖8 后懸架右側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖9 左前輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

圖10 右前輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

圖11 左后輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

圖12 右后輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

表1 為仿真數(shù)據(jù)對(duì)比：

表1 車速10m/s仿真數(shù)據(jù)對(duì)比

由圖2～圖12 和表1 可知，在模糊控制器控制下，相比被動(dòng)懸架：裝有主動(dòng)懸架的整車的車身垂向加速度、車身側(cè)傾角速度、車身俯仰角速度明顯降低，且變化趨于平穩(wěn)；前后懸架的左右兩側(cè)的懸架動(dòng)撓度均略有增加，但在允許變化范圍內(nèi)；右后輪動(dòng)載荷及左前輪動(dòng)載荷均降低，但左后輪動(dòng)載荷及右前輪動(dòng)載荷略有增加，但幅度較小，沒有影響到操縱穩(wěn)定性[5]。

以下各圖汽車車速10m/s、脈沖路面下的整車評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)域響應(yīng)。

圖13 車身垂向加速度時(shí)域響應(yīng)

圖14 車身側(cè)傾角速度時(shí)域響應(yīng)

圖15 車身俯仰角速度時(shí)域響應(yīng)

圖16 前懸架左側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖17 前懸架右側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖19 后懸架右側(cè)動(dòng)撓度時(shí)域響應(yīng)

圖20 左前輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

圖21 右前輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

圖22 左后輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

圖23 右后輪動(dòng)載荷時(shí)域響應(yīng)

表2 車速10m/s仿真數(shù)據(jù)對(duì)比

由圖13～圖22 和表2 可知，在模糊控制器控制下，相比被動(dòng)懸架：裝有主動(dòng)懸架的整車的車身俯仰角速度、車身側(cè)傾角速度和車身垂向加速度明顯降低，且變化趨于平穩(wěn)；前懸架的左右兩側(cè)的懸架動(dòng)撓度變化較小，但在允許變化范圍內(nèi)，后懸架的左右兩側(cè)的懸架動(dòng)撓度變化較大，已超出允許范圍；左前輪動(dòng)載荷、右后輪動(dòng)載荷、右前輪動(dòng)載荷和左后輪動(dòng)載荷均略有增加，但幅度較小，沒有影響到操縱穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的采用模糊控制器的主動(dòng)懸架在隨機(jī)路面和脈沖路面下均使車輛的行駛平順性得到提高，對(duì)懸架動(dòng)撓度和輪胎動(dòng)載荷的控制效果一般，未能提高車輛的操縱穩(wěn)定性,還有待進(jìn)一步研究。

[1]鄭泉，陳黎卿，等.基于ADAMS/ Car 和Simulink 的主動(dòng)懸架遺傳模糊控制[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，2.

[2]王濤，張會(huì)明.基于ADAMS 和MATLAB 的聯(lián)合控制系統(tǒng)的仿真[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2005，3.

[3]王國麗，黃小海，劉樹輝，李慶偉. 汽車懸架穩(wěn)定桿連桿支架的疲勞仿真分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2013，1.

[4]陳龍，汪若塵.半主動(dòng)懸架及其控制系統(tǒng)的時(shí)滯控制研究[J].中國機(jī)械工程，2005，25.

[5]管繼富，侯朝楨，顧亮，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的半主動(dòng)懸架自適應(yīng)模糊控制[J].汽車工程，2003，6.