基于联合仿真技术的汽车主动悬架模糊控制仿真分析

2015-01-27鲍晓东张仙妮丁金刚

机电产品开发与创新 2015年6期

鲍晓东，张仙妮，丁金刚

（1.北京工业职业技术学院，北京 100042；2.北京汽车动力总成有限公司技术中心，北京 101106）

0 引言

随着汽车技术的快速发展，人们对汽车乘坐舒适性的要求越来越高。主动用悬架技术能有效提高汽车乘坐的舒适性。目前，国内外许多学者对主动悬架做了大量的研究工作，采用了各种控制方法，主要有PID 控制、LQG 控制、滑模变结构控制、神经网络控制等方法。但大多是建立在数学模型的基础上，对车辆运动进行的仿真研究，事实上汽车在运动过程中许多参数不易测得，所以使用数学模型进行分析，必然使分析结果具有一定的不准确性[1]。把Adams 和Matlab 结合起来使用，充分发挥它们各自的优势，这将给一些复杂系统的研究提供一种新的途径[2]。本文以某轿车为研究对象,运用多体动力学建模软件Adams/car 建立车辆动力学整车模型, 并在Matlab/Simulink 中创建模糊控制器建立一个联合的闭合主动悬架控制环境，利用该环境对汽车联合控制进行仿真。

1 整车模型的建立

使用Adams／car 的建模器模块快速创建前后悬架、发动机、转向系、车身、前后轮胎、制动器等所需模型，然后在标准模块将这些模型的子系统装配成整车虚拟样机。修改Adams／car 中原有的模板文件创建整车虚拟样机。转向系统、前后轮胎系统、前后双横臂主动悬架系统、制动系统以及车身系统和发动机系统在此模板界面下依次被创建。最后将各子系统装配成装有主动悬架的整车虚拟样机[3]。

2 图形分析

使用模糊控制器并结合上面生成的Adams 控制模板与Matlab 建立整车联合仿真模型[4]，如图1 所示。

图1 整车联合仿真模型

以下各图为汽车车速20m/s、随机路面下的整车评价指标时域响应：

图2 车身垂向加速度时域响应

图3 车身侧倾角速度时域响应

图4 车身俯仰角速度时域响应

图5 前悬架左侧动挠度时域响应

图6 前悬架右侧动挠度时域响应

图7 后悬架左侧动挠度时域响应

图8 后悬架右侧动挠度时域响应

图9 左前轮动载荷时域响应

图10 右前轮动载荷时域响应

图11 左后轮动载荷时域响应

图12 右后轮动载荷时域响应

表1 为仿真数据对比：

表1 车速10m/s仿真数据对比

由图2～图12 和表1 可知，在模糊控制器控制下，相比被动悬架：装有主动悬架的整车的车身垂向加速度、车身侧倾角速度、车身俯仰角速度明显降低，且变化趋于平稳；前后悬架的左右两侧的悬架动挠度均略有增加，但在允许变化范围内；右后轮动载荷及左前轮动载荷均降低，但左后轮动载荷及右前轮动载荷略有增加，但幅度较小，没有影响到操纵稳定性[5]。

以下各图汽车车速10m/s、脉冲路面下的整车评价指标时域响应。

图13 车身垂向加速度时域响应

图14 车身侧倾角速度时域响应

图15 车身俯仰角速度时域响应

图16 前悬架左侧动挠度时域响应

图17 前悬架右侧动挠度时域响应

图19 后悬架右侧动挠度时域响应

图20 左前轮动载荷时域响应

图21 右前轮动载荷时域响应

图22 左后轮动载荷时域响应

图23 右后轮动载荷时域响应

表2 车速10m/s仿真数据对比

由图13～图22 和表2 可知，在模糊控制器控制下，相比被动悬架：装有主动悬架的整车的车身俯仰角速度、车身侧倾角速度和车身垂向加速度明显降低，且变化趋于平稳；前悬架的左右两侧的悬架动挠度变化较小，但在允许变化范围内，后悬架的左右两侧的悬架动挠度变化较大，已超出允许范围；左前轮动载荷、右后轮动载荷、右前轮动载荷和左后轮动载荷均略有增加，但幅度较小，没有影响到操纵稳定性。