潘軍號 趙海軍 李一凡 姜蘊珊 徐征 王志強

摘 要：應用汽車動力學理論，以1/4汽車懸架模型為研究對象，用調(diào)節(jié)減振器的阻尼系數(shù)法，建立了二自由度電動賽車的半主動懸架最優(yōu)控制模型，利用編制的路面譜作為激勵輸入進行了仿真，并與被動懸架性能進行了對比。結(jié)果表明，半主動懸架在車身垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎形變量的改善度分別為31.3%、21.4%、12.6%，使車身的振動被控制在某個范圍之內(nèi)，大大提高電動賽車在行駛過程中的平順性。

關(guān)鍵詞：半主動懸架;電動賽車;最優(yōu)控制;平順性

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）06-24-04

Abstract： An optimal control model for semi-active suspension of a two-degree-of-freedom electric racing car is established by applying the theory of automobile dynamics， taking 1/4 car suspension model as the research object， and using the damping coefficient method of adjusting the shock absorber. Simulations were performed as stimulus inputs and compared with passive suspension performance. Results show that the semi-active suspension improves the body's vertical vibration acceleration， suspension dynamic stroke， and tire deformation by 31.3%， 21.4%， and 12.6%， respectively， so that the vibration of the body is controlled within a certain range， which greatly improves the smoothness of an electric car during driving.

Keywords： Semi-active suspension; Electric race car; Best control; Smoothness performance

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）06-24-04

前言

電動賽車是當代大學生創(chuàng)新訓練研究的主要對象，其操控性、制動性等性能分析和車身、車架、懸架等的設計可以很好地作為大學生的研究方向[1][2]。懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，其主要任務是傳遞作用在車輪和車架或車身之間的一切力和力矩，且緩和路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的震動，保證汽車的行駛平順性，保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運動特性，保證汽車的操控穩(wěn)定性[3]。半主動懸架是一種可控懸架，可以不改變懸架剛度而只改變懸架阻尼來實現(xiàn)對懸架性能的調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)相對簡單，成本低廉，性能優(yōu)良，有廣泛的應用前景[4][5]。解雅雯利用電磁閥改變節(jié)流閥的流通截面面積的大小，進而控制節(jié)流閥進出油液量，以把減振器阻尼進行多級分段調(diào)節(jié)[6]。趙強等引入慣容器替代中間質(zhì)量實現(xiàn)雙磁流變阻尼器的雙層半主動隔振，建立系統(tǒng)動力學模型，設計基于模型的控制方法，采用具有全局收斂性能的自由搜索算法進行結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制器參數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化，并建立數(shù)值模型及用復合激勵對優(yōu)化所得方案進行測試和驗證[7]。相對于傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)，電動賽車的半主動懸架系統(tǒng)可以對車身行駛穩(wěn)定性加強，可以使電動賽車車身的振動被控制在某個范圍之內(nèi)，大大提高電動賽車在行駛過程中的平順性，從而在比賽中取得更好成績。

本文建立電動賽車二自由度的半主動懸架模型和綜合性能目標函數(shù)，輸入?yún)?shù)，獲得懸掛質(zhì)量垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎動變形的輸出，建立MATLAB/Simulink仿真模型，通過路面激勵輸入進行仿真，對懸掛質(zhì)量垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎動變形仿真結(jié)果與被動控制進行對比。

1 二自由度半主動懸架模型的建立

1.1 二自由度懸架動力學模型

1/4車輛模型經(jīng)常用于懸架系統(tǒng)的分析和設計。傳統(tǒng)被動懸架可以簡化為具有彈簧和阻尼器的雙質(zhì)量二自由度振動系統(tǒng)，如圖1a所示。在電動賽車的半主動懸架模型中保留了彈簧，用以支撐靜載懸掛質(zhì)量，阻尼器由一個力發(fā)生器u代替，如圖1b所示，該模型對系統(tǒng)作了如下假設：

（1）懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量均為剛體;

（2）懸架系統(tǒng)具有線性剛度和阻尼;

（3）懸架在工作過程中不與緩沖塊碰撞;

（4）輪胎具有線性剛度，且在汽車行駛過程中終與地面接觸。

從以上對比數(shù)據(jù)可看出，電動賽車半主動懸架在運行中的車身垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎形變量的峰值相對于傳統(tǒng)的被動懸架來說有明顯的下降，說明半主動懸架相比于傳統(tǒng)的被動懸架能更好的提升電動賽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）建立了二自由度1/4電動賽車半主動懸架動力學模型，建立了電動賽車被動懸架和基于最優(yōu)控制的半主動懸架的MATLAB/simulink仿真模型;

（2）利用編制的路面譜作為激勵輸入進行了仿真，與被動懸架相比，半主動懸架在車身垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎形變量的改善度分別為31.3%、21.4%、12.6%。

參考文獻

[1] 顧玉平，高江徽，鄭竹安.大學生電動方程式汽車懸架系統(tǒng)的優(yōu)化 [J].汽車實用技術(shù)， 2017， （7）： 5-6.

[2] 楊仁華，陶陳.電動方程式賽車前懸架仿真分析[J].科技與創(chuàng)新， 2018， （20）： 120-121.

[3] 劉建均，孫藝瑕，李勝.汽車懸架系統(tǒng)的時滯反饋控制及其參數(shù)優(yōu)化研究[J].機電工程， 2020， 37（1）： 54-58.

[4] 何炎權(quán)，劉少軍，朱浩，等.基于磁流變阻尼器的半主動車輛座椅懸架模糊控制研究[J].汽車工程， 2006， 28（7）： 667-670.

[5] 毛明，王樂，陳軼杰，等.慣容器及慣容器-彈簧-阻尼器懸架研究進展[J].兵工學報， 2016， 37（3）： 525- 534 .

[6] 解雅雯.基于阻尼多級分段調(diào)節(jié)的半主動懸架系統(tǒng)[J].計算機測量與控制，2020， 37（1）： 122-125+161.

[7] 趙強，張娜，岳永恒.基于慣容器的半主動座椅懸架控制和優(yōu)化[J]. 控制工程，2019， 26（12）： 2311-2316.