平順性的半主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)pid控制的研究new

1、基于平順性的半主動(dòng)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(duì)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(dòng)加速度均方根值為目標(biāo)量，根據(jù)14車輛懸架模型的動(dòng)力學(xué)方程，在MatlabSimulink中建立動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。并在改建的空氣懸架臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)上，對(duì)空氣懸

2、架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PID控制。綜合仿真分析和試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，PID控制算法對(duì)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(dòng)懸架PID控制試驗(yàn)中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：U463.33文章編號(hào)：文章編號(hào)：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(xiàng)目：基金項(xiàng)目：浙江省重大科技專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目：電子控制空氣懸架系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用（2006C11089）作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：李美（1984－），女，山東聊城人，博士研究生（muzi3124@），主要從事載運(yùn)工具動(dòng)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(dòng)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(duì)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(jì)一直是汽車設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)增設(shè)ECU控制單元，通過各種傳感器檢測(cè)出汽車行駛狀態(tài)參數(shù)。近幾年，國(guó)內(nèi)外在懸架控制方面做了大量研究。現(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(cè)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(duì)系統(tǒng)準(zhǔn)確建模相矛盾，最優(yōu)控制實(shí)際難以達(dá)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(dá)到目標(biāo)往往導(dǎo)致運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性差。模糊控制由于無(wú)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(duì)于時(shí)變的、非線性懸架系周期誤差項(xiàng)，利用計(jì)算機(jī)

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(shí)，Kp、Ki、Kd三個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的控制效果起決定性作用。在Matlab中以經(jīng)驗(yàn)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(yàn)，選擇不同的PID參數(shù)進(jìn)行仿真，最終就可以確定滿意的參數(shù)。這樣既直觀方便、計(jì)算量小，又便于調(diào)整與改進(jìn)。在湊試時(shí)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行先比例，后積分，再微分的整定步驟。確定的PID三個(gè)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(duì)電子控制空氣彈簧懸架系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(jì)算，試驗(yàn)系統(tǒng)的兩階固有頻率為：1.58Hz和11.4Hz。4.1定工況時(shí)的系統(tǒng)仿真主要考慮B、C級(jí)路面，模擬了三種行駛工況：B級(jí)路面車速50kmh和80kmh，C級(jí)路面車速50kmh。在這些工況下，對(duì)空氣懸架的乘坐舒適性（由簧上質(zhì)量垂

11、直振動(dòng)加速度評(píng)價(jià)）、操縱穩(wěn)定性（懸架動(dòng)行程）和輪胎接地性（輪胎動(dòng)載荷）分別進(jìn)行仿真，其中B級(jí)路面車速50kmh時(shí)間歷程響應(yīng)曲線對(duì)比見圖3。對(duì)比仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：相對(duì)于被動(dòng)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(jí)路面50kmh簧上質(zhì)量垂直振動(dòng)加速度Fig.3Sprungmassverticalvibrationaccelerationat50kmh

12、ongradeBroad對(duì)上述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到簧上、簧下質(zhì)量垂直振動(dòng)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(jì)算值為1.58Hz），簧下質(zhì)量的固有頻率在12.65Hz（理論計(jì)算值為11.4Hz），與理論計(jì)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(dòng)加速度功率譜密度Fig.4Powerspectraldensityofaccelerationofthesprungmass4.2變工

13、況時(shí)的系統(tǒng)仿真為了驗(yàn)證PID控制器對(duì)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(shí)的控制效果，本文仿真了車輛在車速為50kmh時(shí)，從標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)路面行駛到標(biāo)準(zhǔn)C級(jí)路面（前15秒為標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)路面，后15秒為標(biāo)準(zhǔn)C級(jí)路面）以及在標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)路面上，從車速為50kmh到車速為80kmh時(shí)簧上質(zhì)量垂直振動(dòng)加速度、車輪動(dòng)載荷和懸架動(dòng)行程的時(shí)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(jí)

14、路面50kmh，后15sC級(jí)路面50kmh簧上質(zhì)量垂直振動(dòng)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(shí)，PID控制空氣彈簧懸架簧上質(zhì)量垂直振動(dòng)加速度有明顯下降，車輪動(dòng)載荷也有略小程度的降低，懸架動(dòng)行程略有增加，但影響不是很大，可認(rèn)