基于模糊PID控制策略的二自由度半主动悬架仿真研究

作者:王孝鹏;陈秀萍;纪联南;吴龙; 刊名:广西科技大学学报 上传者:张琼

【摘要】通过MATLAB软件建立基于二自由度半主动悬架动力学仿真模型,计算簧载质量速度及其变化率作为半主动悬架控制的输入量;半主动悬架采用模糊PID复合控制器,用模糊控制策略对PID控制器在给定的参数范围内进行在线实时调整.计算结果表明:采用模糊PID控制器在各不同车速阶段对改善悬架的总体性能有明显作用,车身垂直加速度、 悬架动行程、 轮胎动行程在低速阶段改善突出,性能分别提升6.7%,4.1%,4.5%.

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第 28卷 第 2 期 2017年 6 月 广西科技大学学报 JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.28 No.2 Jun. 2017 文章编号 2095-7335(2017)02-0035-07 DOI: 10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2017.02.006 基于模糊PID控制策略的二自由度 半主动悬架仿真研究 王 孝 鹏 U 3,4 , 陈 秀 萍 5 , 纪 联 南 \ 吴 龙 ^ (1.三明学院机电工程学院,福 建 三 明 365004;2.机械现代设计制造技术福建省高校工程研究中心,福 建 三 明 365004; 3.绿色铸锻及其高端零部件制造福建省2011协同创新中心,福 建 三 明 365004;4.福建省铸锻零部件工程技术研究中心,福 建 三 明 365004;5.漳州理工职业学院,福 建 漳 州 363000) 摘 要 :通 过MATLAB软件建立基于二自由度半主动悬架动力学仿真模型,计算簧载质量速度及其变化率作为半主 动悬架控制的输入量;半主动悬架采用模糊PID复合控制器,用模糊控制策略对PID控制器在给定的参数范围内进 行在线实时调整.计算结果表明:采用模糊PID控制器在各不同车速阶段对改善悬架的总体性能有明显作用,车身垂 直加速度、悬架动行程、轮胎动行程在低速阶段改善突出,性能分别提升6.7%,4.1%,4.5%. 关键词:半主动悬架;路面模型;模糊 PID 中图分类号:U463.33 文献标志码: A 0 引言 车辆在行驶过程中,整车的平顺性与操纵稳定性取决于悬架系统特性的调校.传统的被动悬架只有在 特定的行驶条件下,整车的行驶状态才能达到最优,当路面的条件或行驶的速度发生变化,整车的舒适及 操稳性会变差.半主动悬架由美国人Crosby和 Kam opp等 于 70年代提出,其主要由不可变刚度弹簧和可变 阻尼减振器组成.半主动悬架是近些年相关文献研究的一个趋势,相对于主动悬架,主要通过改变减振器的 可变力输出来控制整车的振动特性,其性能与主动悬架接近.相比主动悬架,其结构简单,能耗小[1-7].根据所 采用的具体耗能设备的不同,半主动悬架系统在车辆减振方面的研究与应用可以分为两大阶段:基于电液 及电磁技术阶段和基于功能材料技术阶段,根据这两个阶段所使用材料和控制思路的不同,前者主要着重 于节流孔径的调节,而后者则从流变液材料的粘度调节人手.受材料科学发展的限制,半主动悬架系统早期 的研究主要集中于应用电液或电磁技术的半主动悬架系统方面.半主动悬架的控制算法的核心是采用不同 的控制策略对减震器的阻尼特性进行调节.纯模糊控制系统具有不依赖系统的数模模型,鲁棒性好,容错能 力强等优点,但具有一定的稳态误差;经典的 P ID 控制策略可以较好消除系统的稳态误差.采用模糊PID 复合控制策略,可以把两种控制器的优势结合起来,实现优势互补,获得较好的控制效果.本文以半主动悬 架为例,采用模糊P ID 控制器对半车模型进行仿真研究并与被动悬架的性能进行对比. 1 悬架模型 二自由度悬架模型能较好地反映系统的垂直振动特性,与整车在行驶过程中的动态特性接近.在二自 由度悬架模型的建立过程中,作如下假设:1)左右车轮受到的不平度垂直激励是一样的,车辆对其纵轴线 左右对称,即车辆不存在侧倾振动,没有侧向位移,没有偏航角振动%2)车轴和与其相联的车轮视为非簧 载质量,车轮在中心线上与路面为点接触;3)由于轮胎阻尼相对于车辆减振器的阻尼来说

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