PID控制策略下空气悬架系统的仿真

作者:马相飞;李凯 刊名:汽车实用技术 上传者:佟玉霞

【摘要】通过对空气悬架系统的分析,建立其数学模型,再结合二自由度空气悬架的运动学方程,在MATLAB/SIMULINK中搭建有无PID控制器的空气悬架系统仿真模型。使其在白噪声路面激励信号下进行仿真实验,实验结果表明PID控制策略下空气悬架能更好的降低车身垂直加速度,使车辆平顺性得到很好的改善。

全文阅读

CLCNO.:U467.3DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)08-142-04引言悬架系统作为汽车车身和车轮的主要连接部件之一,使得作用于两者之间的力和力矩得到很好的传递,也让汽车的平顺性和操作稳定性得到了一定改善。伴随着科学技术和经济的发展,人们对汽车的平顺舒适性能有了更高的追求。空气弹簧悬架因其高度可调、刚度可变、噪声小等优势使得它在汽车上得到大量使用。同时为了使空气弹簧悬架的性能在车辆中得到更好的的应用,往往需要一定的控制策略。PID控制器因其适用性较强、简单易懂、使用方便等优势而被应用到各个行业领域中。文中通过对空气悬架系统及PID特性的分析,搭建了PID控制下的空气悬架系统模型,进而对悬架性能进行分析研究。1、空气悬架系统1.1空气弹簧空气悬架系统有空气弹簧、高度控制阀和传统悬架必有的元件所组成。而空气弹簧作为空气悬架系统最为核心的部件之一,人们对其研究也越来越重视。空气弹簧是在含有帘布层结构的橡胶气囊内充入空气,并以空气为介质,利用空气可以压缩的特点来实现弹性作用。空气弹簧的主要作用部件的材料为橡胶,由于其非线性弹性特性比较理想,进而不仅使得悬架动挠度减小,还使得悬架和车架撞击的概率大大降低。空气弹簧主要有膜式、囊式和结构介于囊式和膜式之间的复合式空气弹簧这三类。通过对比膜式和囊式空气弹簧可以发现,同尺寸及空气压力下,膜式空气弹簧的承载能力虽然小,但其刚度相对较低;而膜式与复合式空气弹簧相比,其制造工艺相对简单,成本比较低,所以目前对复合式空气弹簧的应用比较少[1]。本文所分析的悬架系统中的弹簧类型为膜式空气弹簧,如图1所示:图1膜式空气弹簧1.2空气悬架模型分析1.2.1膜式空气弹簧的数学模型空气弹簧的承载力F是由空气弹簧内的所存储的气体和其有效支撑面积来决定的,其计算公式为:F=PA(2-1)而空气弹簧在实际振动过程中,由于其内部压强发生变化,使得有效工作面积发生改变,继而也引起有效容积发生变化,因此可以将有效面积和有效容积视为弹簧高度x的线性函数[2],即:?(10)(28)(10)(28)xx00??VVAA(2-2)对于空气弹簧内所存储的的气体,始终满足式(2-3)所给出的状态方程,即:??000p)()(pVppVa(10)(28)(10)(2-3)式中为多变指数。对于一般行驶中的车辆,汽车的振动既不激烈,也不缓慢,从而使得空气弹簧内存储气体的变化过程介于等温和绝热之间,此时=1.33[2]。将以上几式进行整理可得膜式空气弹簧内部气体的终了状态气体压力为:aapVVppp-(10)(28)?))((00(2-4)空气弹簧的弹力近似为:A]ap)V0V)(ap0[(pF-(10)(28)(2-5)空气弹簧的刚度则可由其弹力对位移求导得出,即:dxdApdxdVVppAdxdFka(10)(10)-(28)(28)1?)((2-6)1.2.2空气悬架模型汽车作为一个振动系统是非常复杂的,为了方便对问题的研究分析,应将其进行简化。同时为了使车轮和车身以较高频率振动时的特性得到较好的反应,我们可以将汽车简化成一个二自由度的振动系统;该系统能更加真实的对空气悬架系统的实际运行状况进行模拟,从而有效的分析其对汽车平顺性的影响,其模型如图2所示[3]。对模型进行分析得其运动方程为:(2-7)图2二自由度1/4空气悬架模型以上各式中的参数定义见表1:表1参数定义2、路面模型的建立路面纵断面曲线是指路面相对基准平面的的高度q的一个长度走向变化曲线。该变化曲线作为路面对车辆振动的一个激励信号,一般利

参考文献

引证文献

问答

我要提问