基于DSP的汽车磁流变减振悬架系统控制策略设计与研究.docx

中北大学2012届毕业设计说明书

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1绪论
随着社会的发展和文明的进步，汽车作为一种交通工具，已成为人们出行的主要选择，汽车乘坐的安全性、舒适性已成为世人关注的焦点。汽车作为高速客运载体，其运行品质的好坏直接影响到人的生命安全，因此，与乘坐安全性、舒适性密切相关的轿车动力学性能的研究就显得非常重要。
悬架系统汽车的一个重要组成部分，它连接车身与车轮，主要由弹簧、减震器和导向机构三部分组成。它能缓冲和吸收来自车轮的振动，传递车轮与地面的驱动力与制动力，还能在汽车转向时承受来自车身的侧倾力，在汽车启动和制动时抑制车身的俯仰和点头。悬架系统是提高车辆平顺性和操作稳定性、减少动载荷引起零部件损坏的关键。一个好的悬架系统不仅要能改善汽车的舒适性，同时也要保证汽车行驶的安全性，而提高汽车的舒适性必须限制汽车车身的加速度，这就需要悬架有足够的变形吸收来自路面的作用力。然而为了保证汽车的安全性，悬架的变形必须限定在一个很小的范围内，为了改善悬架性能必须协调舒适性和操作稳定性之间的矛盾，而这个矛盾只有采用这折衷的控制策略才能合理的解决。因此，研究汽车振动、设计新型汽车悬架系统、将振动控制在最低水平是提高现代汽车性能的重要措施[1][2]。
1.1车辆悬架系统的分类及发展
按工作原理不同，悬架可分为被动悬架(PassiveSuspension)、半主动悬架(Semi-ActiveSuspension)和主动悬架(ActiveSuspension)三种，如图1.1所示[3]。

（a）被动悬架(b)全主动悬架(c)半主动悬架
图1.1悬架的分类
图1.1中Mu为非簧载质，Ms为簧载质量，Ks为悬架刚度，Kt为轮胎刚度；C1为被动悬架阻尼，C2为半主动悬架可变阻尼，F为主动悬架作动力。
目前我国车辆主要还是采用被动悬架(PassiveSuspension)。其两自由度系统模型如图1.1(a)所示。传统的被动悬架一般由参数固定的弹簧和减振器组成，其弹簧的弹性特性和减振器的阻尼特性不能随着车辆运行工况的变化而进行调节，而且各元件在工作时不消耗外界能源，故称为被动悬架。它的结构简单，性能可靠，经过不断改进，现在发展的已比较成熟。然而，汽车在行驶过程中，其平顺性和操纵稳定性对悬架参数的要求是不同的，要想同时兼顾两者是很困难的，即使经过优化，也只能使它在特定的车速和路面下才能达到最佳。所以，悬架的特性参数一经选定，就无法随汽车运行的工况和激励的变化而进行调节，故其减振性能的进一步提高也就会受到限制。为了克服被动悬架存在的缺点，人们尝试了很多方法，如采用非线性变刚度弹簧，虽然取得了一定的效果，但是仍不能从根本上消除上述的缺陷。改善悬架性能的根本出发点在于改善悬架对车轮和车身的作用，这可以从改变悬架刚度或阻尼或同时改变两者入手.于是主动、半主动悬架的研究就逐步开始了。
1954年，GM公司Erspie.Labrose在悬架设计中首先提出主动悬架的思想[3]。主动悬架的基本原理是用可调刚度的弹簧或可调阻尼的减振器组成的悬架系统，该系统采用有源或无源可控制的元件组成了一个闭环控制系统，它可以根据车辆预测的激励和簧载质量的加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节可调弹簧和可调阻尼器的参数，以抑制车体的运动，使悬架始终处于最优减振状态。主动悬架的特点就是能够根据外界的输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。这种悬架系统为在根本上改善汽车悬架系统的性能，提供了一条崭新的途径。图1.1(b)为两自由度全主动悬架系统(FullyActiveSuspension)。该系统是由Federspiel.labrosse在1975年发明的[4]。它主要由一个可控的电液作动器组成。作动器相当于一个力发生器，可根据车身质量的速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律产生作用力。它可替代被动悬架中的弹簧和减振器，可以任意变更刚度以及阻尼系数。全主动悬架的最大优点是具有高度的自适应性，可很好地满足不同环境的要求(如不同道路条件和行驶速度等)。这种装置所要求的控制目标是实现一个最佳的隔振系统，而且不需要对系统作较大的改变.另外又因为该悬架系统还能控制车轮的频率范围(10～15Hz)，因其响应特性很快，所以又把该悬架系统称为“快”主动系统。这种系统功率消耗很大，一般达到l0Kw左右，另外传感器的需用量也很多(如行程传感器、加速度传感器、力传感器及某种情况下的压力传感器等)。因而尽管全主动悬架的性能非常优越，但由于它的结构相当复杂，而且造价也较为昂贵，一般仅限于在豪华轿车和客车上使用，所以其应用范围较小[5]。
与主动悬架相比，半主动悬架没有力发生器，它通过调节减振器的液力阻力，改善悬架的振动特性，图1.1(c)为两自由度半主动悬架（Semi-ActiveSuspension）。半主动悬架