平順性的半主動空氣懸架系統(tǒng)pid控制的研究new

1、基于平順性的半主動空氣懸架系統(tǒng)PID控制的研究1李美李仲興沈旭峰郭繼偉（江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院鎮(zhèn)江212013；)摘要：摘要：以某客車電子控制空氣懸架為研究對象，應(yīng)用PID控制理論，開發(fā)空氣懸架系統(tǒng)的PID控制器。并以空氣懸架剛度作為控制量，選取簧上質(zhì)量垂直振動加速度均方根值為目標(biāo)量，根據(jù)14車輛懸架模型的動力學(xué)方程，在MatlabSimulink中建立動力學(xué)模型，對PID控制系統(tǒng)進行仿真。并在改建的空氣懸架臺架試驗系統(tǒng)上，對空氣懸

2、架系統(tǒng)實現(xiàn)了PID控制。綜合仿真分析和試驗結(jié)果，可以看出，PID控制算法對空氣懸架的控制是可行且有效的，可以提高車輛乘坐舒適性和改善操縱穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：半主動懸架PID控制試驗中圖分類號：中圖分類號：U463.33文章編號：文章編號：SimulationofPIDControlSystemfElectronicallyControlledAirSuspensionLIMeiLIZhongxingSHENXufengGUOJiwe

3、i(CollegeofAutomotiveTrafficEngineeringJiangsuUniversityZhenjiang212013；)Abstract：IndertoimprovevehicleridingcomftcontrolstabilityaPIDcontrolsystemwasdesignedonthebaseofonequartervehiclemodelofairsuspension.Wechosetheacc

4、elerationofthesprungbodymassasthemeasurevarietiesthestiffnessoftheairspringastheparametertobecontrolled.thedynamicmodelisbuiltupinMatlabSimulinkbasedontheonequartervehiclemodelPIDcontrollermodelhasbeensimulated.ThenPIDco

5、ntrolwasrealizedontherebuildtestssystem.ConsideringsimulationexperimentalresultswecandrawtheconclusionthatthePIDcontrolarithmeticisfeasibleeffectivefcontrollingairsuspension.Keywds：SemiactivesuspensionPIDControlTest1收稿日期

6、：收稿日期：20100515基金項目：基金項目：浙江省重大科技專項重點項目：電子控制空氣懸架系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用（2006C11089）作者簡介：作者簡介：李美（1984－），女，山東聊城人，博士研究生（muzi3124@），主要從事載運工具動態(tài)性能及其控制的研究李仲興（1963－），男，上海人，教授，博導(dǎo)（zhxli@ujs.），主要從事車輛動態(tài)模擬及控制的研究1前言懸架是汽車的重要組成部分之一，對汽車的行駛平順性、乘坐舒適性及操縱穩(wěn)定性等

7、多種使用性能都有很大影響，因此懸架設(shè)計一直是汽車設(shè)計人員非常關(guān)注的問題之一[1]。汽車空氣懸架使用空氣彈簧作為彈性元件，根據(jù)載荷不同自動調(diào)節(jié)氣囊內(nèi)空氣壓力，改變彈簧剛度，使車身高度保持不變。電子控制空氣懸架系統(tǒng)采用位移傳感器(高度傳感器)和電磁閥來控制懸架系統(tǒng)的高度，同時增設(shè)ECU控制單元，通過各種傳感器檢測出汽車行駛狀態(tài)參數(shù)。近幾年，國內(nèi)外在懸架控制方面做了大量研究?，F(xiàn)代控制理論應(yīng)用于車輛懸架的控制算法也有多種，主要有PID控制、天棚

8、控制、最優(yōu)控制、預(yù)測控制、自適應(yīng)控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等[2～5]。其中，應(yīng)用較廣泛的是最優(yōu)控制，然而，由于車輛的非線性、不確定性與構(gòu)造最優(yōu)控制器需要對系統(tǒng)準(zhǔn)確建模相矛盾，最優(yōu)控制實際難以達到理想的控制要求。同樣，單純的自適應(yīng)控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制為達到目標(biāo)往往導(dǎo)致運算量大、實時性差。模糊控制由于無需精確的數(shù)學(xué)模型，因此成為迅速發(fā)展的一種新型控制方法。但模糊控制器參數(shù)一經(jīng)確定就不能改變，這對于時變的、非線性懸架系周期誤差項，利用計算機

9、的重復(fù)性處理即可。3.2空氣懸架PID參數(shù)整定采用PID控制策略時，Kp、Ki、Kd三個參數(shù)對系統(tǒng)的控制效果起決定性作用。在Matlab中以經(jīng)驗公式做定性參考，依據(jù)空氣懸架系統(tǒng)性能指標(biāo)要求和一些基本的整定參數(shù)的經(jīng)驗，選擇不同的PID參數(shù)進行仿真，最終就可以確定滿意的參數(shù)。這樣既直觀方便、計算量小，又便于調(diào)整與改進。在湊試時，對參數(shù)進行先比例，后積分，再微分的整定步驟。確定的PID三個參數(shù)分別為：Kp＝2；Ki=0.001；Kd＝0。4空

10、氣懸架PID控制系統(tǒng)仿真使用Matlab7.0Simulink軟件，對電子控制空氣彈簧懸架系統(tǒng)進行計算機仿真(仿真分為控制前和控制后)。系統(tǒng)的簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量以及輪胎剛度均可在一定的范圍內(nèi)調(diào)整。經(jīng)過理論計算，試驗系統(tǒng)的兩階固有頻率為：1.58Hz和11.4Hz。4.1定工況時的系統(tǒng)仿真主要考慮B、C級路面，模擬了三種行駛工況：B級路面車速50kmh和80kmh，C級路面車速50kmh。在這些工況下，對空氣懸架的乘坐舒適性（由簧上質(zhì)量垂

11、直振動加速度評價）、操縱穩(wěn)定性（懸架動行程）和輪胎接地性（輪胎動載荷）分別進行仿真，其中B級路面車速50kmh時間歷程響應(yīng)曲線對比見圖3。對比仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：相對于被動空氣懸架，在施加控制后，系統(tǒng)的響應(yīng)明顯降低。05101520253042024上上上s上上上上上上上上上ms2上上上上上上上圖3B級路面50kmh簧上質(zhì)量垂直振動加速度Fig.3Sprungmassverticalvibrationaccelerationat50kmh

12、ongradeBroad對上述時域信號進行數(shù)據(jù)處理，得到簧上、簧下質(zhì)量垂直振動加速度的頻域響應(yīng)輸出，從頻譜圖中可以得出簧上質(zhì)量的固有頻率為1.56Hz（理論計算值為1.58Hz），簧下質(zhì)量的固有頻率在12.65Hz（理論計算值為11.4Hz），與理論計算值比較吻合，證明了仿真模型的正確性。圖4簧上質(zhì)量振動加速度功率譜密度Fig.4Powerspectraldensityofaccelerationofthesprungmass4.2變工

13、況時的系統(tǒng)仿真為了驗證PID控制器對于車輛在相同車速不同路面輸入及同一路面輸入不同車速時的控制效果，本文仿真了車輛在車速為50kmh時，從標(biāo)準(zhǔn)B級路面行駛到標(biāo)準(zhǔn)C級路面（前15秒為標(biāo)準(zhǔn)B級路面，后15秒為標(biāo)準(zhǔn)C級路面）以及在標(biāo)準(zhǔn)B級路面上，從車速為50kmh到車速為80kmh時簧上質(zhì)量垂直振動加速度、車輪動載荷和懸架動行程的時間歷程響應(yīng)。0510152025306420246上上上s上上上上上上上上上ms2上上上上上上上圖5前15sB級

14、路面50kmh，后15sC級路面50kmh簧上質(zhì)量垂直振動加速度Fig.5Sprungmassverticalvibrationaccelerationwhilethefmer15songradeBroadthelatter15songradeCroadat50kmh從圖5可以看出，車輛在相同車速不同路面輸入時，PID控制空氣彈簧懸架簧上質(zhì)量垂直振動加速度有明顯下降，車輪動載荷也有略小程度的降低，懸架動行程略有增加，但影響不是很大，可認(rèn)