【毕业论文】基于PID控制的四分之一主动悬架仿真研究毕业设计说明书

此外，还包括些特殊功能部件有的，列如缓冲块横向稳定器等等，图为悬架结构示意图。

图悬架结构图悬架的分类目前依据对汽车悬架的各种性能要求，汽车悬架的构造形式与减振控制方法也日趋完善。

悬架的结构形式有很多，分类的方法也存在很多差异。

根据它的导向机构的不样，汽车的悬架可以分为式的悬架与非式的悬架两种根据它的震动控制方法的不样，又分为被动的悬架主动的悬架半主动的悬架三大种。

简单来说不需要外部输入能量的悬架就称为被动悬架需要少量输入外部能量，来调节阻尼系数的称为半主动悬架而全部需要经过外部的输入能量的让执行机构给悬架系统增加定的主动控制力的悬架称为主动的悬架。

图是这三种悬架的简化模型。

被动悬架主动悬架半主动悬架图三种悬架系统简化模型传感器可调减振器执行器被动悬架被动悬架是种传统的机械结构，其简化模型示意图如图所示，包括弹簧和减振的系统。

在年由首次提出了被动悬架的设计理论，并且通过调整弹簧的刚度减震器的阻尼值改变轴距弹簧的安装位置等用来提高车辆的行驶的平顺性和操作稳定性。

被动的悬架不仅构造简单，而且成本低廉，还不需要外部输入的能量，所以，在汽车上能够被广泛的用。

但因为它的参数不可变，所以又存在较大的局限性减少悬架的刚度对提升汽车舒适性改善有利，但是当弹簧刚度较小时，对轮胎动载荷影响不利，如果弹簧太软，则需要较大的行程空间，增加了汽车的高度而无法布置。

阻尼特性对平顺性和轮胎接地能力产生共同影响，同时兼顾二者较困难。

因悬架参数不可变，不随路况而改变，所以只能在特定的路况下达到最佳减振效果，而车辆的载荷车速以及路面凸凹都会在很大程度变化，如果激励发生变化，悬架系统就不再是最优。

被动悬架对行驶平顺性操纵稳定性车身状态等这些相互矛盾的设计要求选择适中方案，在定程度上符合汽车动力学性能要求。

因此，在对个多种环境下行驶的汽车，在性能要求较高且影响因素较复杂的情况下，被动悬架很难再满足新的要求，很难实现行驶平顺性与操纵稳定性的完美结合。

主动悬架主动悬架最初结构装置是由公司基于气液压悬架发展的种机械系统。

主动悬架简化模型如图所示，主动的悬架包括三个部分传感器控制器执行机构，它们与汽车部件起形成闭环控制系统。

其中控制器是整个悬架系统的信息处理管理中心，它接受分别来自各个传感器的信号，根据选定的数据处理方法和控制方法，决定并控制执行机构的动作，进而改变车身运动状态达到隔振减振的效果。

主动悬架般情况下都采用闭环控制系统。

所谓闭环控制系统，就是输出量反过来对系统的控制有直接影响的控制，也就是说弹簧刚度和减振阻尼的控制结果，还必须通过反馈系统把信息传送给电脑，再由电脑进行分析修正，以达到最佳控制效果，进而提升汽车行驶平顺性和操纵稳定性等性能的要求。

主动悬架的优点可以归纳为做成较小的悬架的刚度，可以能使车身具拥有较低的自然状态振动频率，并且能够保证在正常开车中的乘坐舒适度。

很大程度上改变了汽车在转弯情况下的车身侧倾制动和加速等状态下的纵向摆动问题。

应采用主动的悬架系统，因为不需兼顾正常状态开车中汽车的舒适性度，因而可以将汽车的悬架抗侧倾和纵摆的刚度做成较大，进而就提高了汽车的悬架的稳定性能。

采用先进的悬架结构，不但能够保证汽车行驶在比较复杂的路况在瞬间将车轮提起，避开障碍物，提高汽车的安全通过性。

另外，主动的悬架还能够保持车轮子与地面的摩擦，改善了轮胎动载荷的控制力，改善了负载的分布情况。

同时由于车身的高度可以调节，又进步的保证了车轮的跳动，从而对传动的构造简化了设计。

根据作动器的反应的带宽不样，主动的悬架又可以细分为是带宽的主动悬架与有限带宽的主动悬架，有的地方也叫为全主动悬架与慢主动悬架。

慢主动的悬架系统般情况下的是由个作动器和个普普通通的弹簧串联组成，然后再和个被动阻尼器并联组成。

慢主动悬架的主动控制频率范围为，当频率大于时被动元件主导悬架系统的特性。

因为慢主动悬架只在个较低的频率范围内运行，所以降低了系统的成本和复杂度，但它的性能指标仍可以满足主要的车身振动和转向控制的基础要求。

全主动的悬架系统是采用个可以用来控制的作动器替代了被动悬架中的些相关部件，组成个闭环的控制系统。

作动器般情况是由个气动的或者液动的油缸，它具拥有较大的频率范围，对轮胎的高频共振能够进行控制。

作动器的控制的带宽般覆盖些车辆常见的振动频率如，有的些作动器的响应带宽可以高达如。

为了减少能量的损耗浪费，般情况下会保留个与作动器并联的传统弹簧，来支持车身的静载荷。

半主动悬架半主动悬架是在年由和首次提出半主动悬架的概念。

半主动悬架的简化模型如图所示，半主动的悬架是由可以改变的刚度的弹簧和可以改变的阻尼系数的减振器组合而成间车身加速度被动控制控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制控制图轮胎动载荷数据结果分析由图图图的曲线对比可以看出，在白噪声信号下，控制主动悬架的车身加速度变化约在之间明显优越于被动悬架的悬架动挠度控制在优越于被动悬架控制的轮胎动载荷的最大峰值相差不是很大，但从曲线的整体上看控制效果明显。

综合以上三项指标在白噪声信号下的控制的主动悬架比被动悬架有所改善，效果明显。

改变参数仿真结果对比分析根据第四章选定的控制参数值，在保证不变时，分别令，仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷保证不变，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷保证不变，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷数据结果分析从上图可以看出，随着取值的不断增大，可以有效的减少超调量，但大于时容易造成系统的不稳定，如图悬架动挠度图轮胎动载荷波动较大对悬架动挠度的影响比较明显，当取小值时动挠度较大，当取较大值时如时，在增大其值则对悬架动挠度的减小几乎没有作用值对减小调节时间有很好的作用，当取较小值时较明显，当值大于时系统就会出现很不稳定。

改变阻尼系数仿真结果对比分析在保证其他参数不变的情况下研究阻尼系数对主动悬架的影响，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度图车身加速度时间悬架动挠度图悬架动挠度时间轮胎动载荷图轮胎动载荷数据结果分析从上图可以看出，增大阻尼系数值虽然可以加快系统动作速度，减少调节时间，但是其值较小或者较大都会增加不稳定性，出现波动相对较大。

阶跃信号下的比较被动主动仿真结果对比分析在的仿真环境下利用阶跃信号得到主动被动仿真曲线，输入阶跃信号如图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间高度图输入阶跃信号时间车身垂直加速度被动控制控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制控制图轮胎动载荷数据结果分析由上图知在阶跃信号下，车身加速度在之间，稳定时间，明显优越于被动悬架的之间的悬架动挠度控制在之间，进入稳定耗时，被动悬架在，进入稳定耗时，控制效果明显轮胎动载荷刚开始的最大峰值比被动悬架大约，控制效果不是很好，但达到稳定时间只用，整体来说比被动悬架用了并且出现了振荡效果好些。

改变参数仿真结果对比分析根据第四章选定的控制参数，保证不变，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷保证不变，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

车身加速度时间被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷保证不变，分别令，仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷数据结果分析由图上图可知，增大值可以有效地减小超调量，降低车身加速度和悬架动挠度，但当取较大值时会造成系统不稳定，出现振荡，如轮胎动载荷波动较大有图知改变值可以有效地控制悬架动挠度，当取值太小动挠度波动较大，当设置较大值时其值对动挠度的减小几乎没有变化改变值可知，取较小值时系统较稳定，可以较快的到达稳定时间，但当取较大值时系统不稳定性增大，波动较大。

改变阻尼系数仿真结果对比分析在保证其他参数不变的情况下研究阻尼系数对主动悬架的影响，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度图车身加速度时间悬架动挠度图悬架动挠度时间轮胎动载荷图轮胎动载荷数据结果分析根据观察上图三个不同悬架阻尼系数取值可知，当取值较小时，车身加速度悬架动挠度轮胎动载荷三指标图形波动较大，系统稳定性较差，很难达到稳定，当取较大值时达到稳定性效果比较明显。

正弦信号下的比较被动主动悬架仿真结果对比分析在的仿真环境下利用正弦信号得到主动被动仿真曲线，输入正弦信号如图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间高度图输入正弦信号时间车身加速度被动控制控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制控制图轮胎动载荷数据结果分析由上图可知在正弦信号下，控制与被动控制比较而言，车身加速度悬架动载荷轮胎动载荷，三项指标都有了不同程度的提高和很好的改善，系统较稳定，总体优越性明显。

改变参数仿真结果对比分析根据第四章选定的控制参数，保证不变，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷保证不变，分别令仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷保证不变，分别令，仿真结果如下图，车身加速度如图，悬架动挠度如图，轮胎动载荷如图。

时间车身加速度被动控制图车身加速度时间悬架动挠度被动控制图悬架动挠度时间轮胎动载荷被动控制图轮胎动载荷数据结果分析由上图改变值可知，增大值可以有效的减少超调量，取较大值可以减小振幅，增加稳定性，但轮胎动载荷在出现振荡，波动较大，不稳定效果明显改变值对悬架动挠度控制的影响比较明显，较小值时动挠度比较接近被动控制，振幅较大，稳定性较差，当取值大于时再增大则对减小动挠度作用不明显当取较小值时对减少调节时间有较好的作用，当取较大值时悬架动挠度轮胎动载荷振幅加大，出现振荡，系统出现不稳定性。

改变阻尼