摘 要

对于现代高速汽车来说，人们不再仅仅满足于汽车的动力，而越来越看重汽车的乘坐舒适性和行驶安全性，这些性能在很大程度上取决于汽车的悬架系统。因此，各大汽车公司对悬架的研究越来越深入，已从传统的被动悬架逐步发展到半主动悬架、主动悬架。相比于被动悬架无法调整本身的阻尼刚度、半主动悬架只能单一地调整阻尼，全主动悬架能够根据车辆的行驶速度等状态和外界环境的不断变化实时地调整刚度阻尼，从而使悬架性能时刻保持在良好的减振状态。但同时，由于全主动悬架的结构复杂，制造成本高且能耗大，使得全主动悬架更加适用于智能车辆的底盘系统。

电子控制主动空气悬架因其自振频率低，车身高度可调等优点在客车、高级轿车上得到广泛应用。对于主动悬架的控制策略，线性最优控制是目前比较常用的控制方法。本文对电子主动空气悬架结构与原理进行了阐述，并建立了半车四自由度的主动空气悬架车辆动力学模型，之后利用白噪声法建立了随机路面不平度位移的时域模型并进行仿真来说明时域模型的正确性，最后利用车辆动力学模型和路面的时域模型进行了基于LQG的仿真并与被动悬架进行了结果比对。

关键词：电子控制全主动空气悬架；车辆动力学模型；白噪声法；LQG

Abstract

For modern high-speed cars, people are no longer satisfied with the power of the car, but pay more and more attention to the riding comfort and driving safety of the car. These performances depend on the suspension system of the car to a great extent.Therefore, major automobile companies have made more and more in-depth research on suspension, which has gradually developed from traditional passive suspension to semi-active suspension and active suspension. Compared with passive suspension which cannot adjust its damping stiffness and semi-active suspension which can only adjust its damping singly, full-active suspension can adjust its stiffness and damping in real time according to the running speed of the vehicle and the continuous changes of the external environment, thus keeping the suspension performance in a good vibration damping state at all times. But at the same time, because of the complex structure, high manufacturing cost and high energy consumption of the fully active suspension, the fully active suspension is more suitable for the chassis system of intelligent vehicles.

Because of its low natural vibration frequency and adjustable body height, full active pneumatic suspension control by electron is widely used in passenger cars and advanced cars. For control strategy of active suspension, linear optimal control is a common control method. This paper expounds the structure and principle of electronic active air suspension and establishes the dynamic model of active air suspension vehicle with half car and four degrees of freedom. Then flat noise method is adopted to establish time domain model of random pavement uneven displacement and simulated to illustrate the correctness of the time domain model. Finally, the vehicle dynamics model and the time domain model of pavement are used to simulate LQG and compare the results with the passive suspension.

Key Words：full active pneumatic suspension control by electron; vehicle dynamic model; flat noise method；LQG

目录

第1章 绪论1

1.1 悬架的分类1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 国外研究现状2

1.2.2 国内研究现状3

1.3 主动悬架的控制策略简述3

1.4 选题的目的与意义5

1.5 研究的内容5

第2章 电子控制主动空气悬架结构原理7

2.1 电子控制主动空气悬架工作原理7

2.2 电子控制主动空气悬架控制系统8

2.3 空气弹簧11

2.4 小结12

第3章 平顺性分析、车辆动力学模型和随机路面模型的建立13

3.1 平顺性分析13

3.2 主动空气悬架车辆动力学模型的建立14

3.3 随机路面模型的建立15

3.3.1 滤波白噪声法16

3.3.2 路面不平度的功率谱密度16

3.3.3 空间频率功率谱转为时间频率功率谱17

3.3.4 基于滤波白噪声法的路面不平位移时域模型17

3.3.5 基于simulink的随机路面生成17

3.4 小结19

第4章 基于LQG的仿真分析20

4.1 现代控制理论20

4.2 最优控制20

4.3 二次线性性能指标及反馈矩阵确定20

4.4 车辆悬架系统参数确定23

4.5 仿真分析24

4.6 小结27

第5章 总结与展望28

参考文献29

附录31

致谢35

第1章 绪论

1.1 悬架的分类

汽车的行驶过程中，车轮会受到来自地面的各个方向上的力，比如在制动时受到的切向反力等。为了使汽车正常行驶，在车轮和车架之间会装有悬架，由悬架负责将车轮的力和力矩传递到车身上。一般用悬架的刚度和阻尼来表征悬架系统的特性，刚度表征的是悬架系统中的弹性元件的特性，其大小决定了悬架能缓和冲击的能力的大小。刚度越小，悬架的缓和冲击越明显，驾驶员感觉更舒适。但是为了避免车身的过度振荡，悬架系统会装有减振器，其特性用阻尼来表征，阻尼越大，衰减振动的能力越强。同时，为了保证车轮的运动在一定的范围之内，有的悬架系统还会装有导向元件，有的悬架系统本身的弹性元件就起一定的导向作用如钢板弹簧。在目前的悬架种类中，根据悬架的特性改变的情况可以分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架。

被动悬架：被动悬架的特性不可以改变，被动悬架在生产出来时其刚度和阻尼就是不变的，因此在汽车行驶过程中，汽车的悬架系统的性能不会改变，因此，装有被动悬架的汽车只能保证在某一种特定的行驶工况下拥有良好的性能。但在实际的情况里，车辆行驶的速度和遇到的路面状况是时时刻刻发生改变的，因此汽车的操纵稳定性和平顺性会受到一定的影响。