摘要：本设计对汽车油气悬架系统进行了研究，汽车悬架系统的性能直接影响了汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性。悬架分为主动悬架和被动悬架，本文对这两个悬架系统都进行了控制仿真研究。被动悬架能在一定程度上实现车辆的减振，但是其结构参数固定不变，无法使车辆在行驶过程中随外界变化而自动变化，故在车辆减振方面有其局限性。主动靠外控制依靠人为增加外力实现对结构的振动控制，使用主动控制的汽车油气悬架是主动悬架，由它可以更好地实现车辆减振。本设计对汽车油气被动悬架和主动悬架分别进行动力学建模，根据牛顿力学，我们从三种车体模型中选择了最适合的二自由度四分之一车体模型进行建模，并对主动悬架的状态空间描述形式应用MATLAB的LQR 函数进行二次型最优控制，由此求得优化的状态负反馈作为主动控制的外力，进而用Simulink软件进行模拟仿真。就车身加速度、悬架动挠度和轮胎动变形的角度，将被动悬架与主动悬架的仿真结果进行对比分析，结果表明主动控制比被动控制的效果更好。

关键词：悬架；主动控制；优化控制；状态反馈；MATLAB仿真

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 悬架系统简介-1

1.2 被动悬架系统-2

1.2.1 被动悬架系统的基本结构-2

1.2.2 被动悬架系统的特点-3

1.3 主动悬架系统-3

1.3.1 主动悬架系统的基本结构-3

1.3.2 主要的主动悬架系统-3

1.3.3 主动悬架系统的特点-4

1.4 课题研究意义与背景-4

1.4.1 汽车悬架系统的技术背景-5

1.4.2 汽车悬架系统研究所面临的问题-5

1.5 悬架系统的研究现状-5

1.6 课题的研究目标及内容-6

2 汽车悬架系统的建模-7

2.1 车体模型-7

2.1.1 基本车体模型介绍-7

2.1.2 本文车体模型的选定-7

2.2 非线性弹簧的动态特性-8

3.3 悬架力学模型-8

2.3.1 被动悬架的二自由度四分之一车体模型-9

 2.3.2 主动悬架的二自由度四分之一车体模型-10

3 现代控制理论-12

3.1 现代控制理论简介-12

3.2 现代控制理论的主要方面-12

3.3 现代控制理论的发展历程-13

3.4 优化控制-13

3.4.1 网络化系统集成优化控制的特征-13

3.5 线性控制系统的能控性和能观性-14

3.5.1 线性控制系统的能控性-14

3.5.2 线性控制系统的能观性-15

4 状态反馈控制系统-16

4.1 状态反馈的基本结构-16

4.2 状态反馈的极点配置-17

4.2.1 状态反馈系统的传递函数-17

4.2.2 状态反馈的K阵求法-19

5 最优控制-20

5.1 最优控制简介-20

5.2 二次型最佳控制-20

5.3 最优控制的求解-21

6 模糊控制-22

6.1 模糊控制简介-22

6.2 模糊控制器-22

6.3 模糊控制的特点-23

7 仿真与分析-25

7.1 MATLAB仿真简介-25

7.2 悬架系统模型性能分析及仿真-25

7.2.1 被动悬架模型仿真-26

7.2.2 主动悬架模型仿真-27

8 总结与展望-30

参 考 文 献-31

致 谢-32