摘 要

汽车在道路上行驶时，道路状况的改变是无法预测的，而固定的悬架参数及特性是无法适应这种变化，这样就必然会影响到汽车的行驶性能，悬架无法得到最大化的利用。由此看来，传统的被动悬架系统的参数无法进行自主调节和改变，同时也无法满足现代人们对于汽车乘坐舒适性的追求。因此，为了解决这一问题，使汽车能够具有更好的乘坐性能，便有了主动悬架这一技术。本文基于这项技术的设计理念，针对某种轿车对其进行主动悬架系统设计。具体是利用CATIA对轿车前悬建立三维模型，对1/4悬架系统进行简化得到其数学模型，并基于PID控制算法使用MATLAB对其悬架特性进行仿真。最终达到较为合理的设计要求，并达到悬架参数自主调节的目的。对汽车操控性能和行驶性能的提高产生较为重要的影响和作用。

关键词：自主调节；主动悬架；控制算法；悬架特性；PID

Abstract

When the cars are on the road, the road conditions’ change is unpredictable, and suspensions’ unmodifiable parameters and characteristics are unable to adapt to this change, so it will inevitably affects the car driving performance, suspensions can't get the maximize the use . It seems that the traditional passive suspension system’s parameters can’t be adjusted and changed by itself, and it also cannot satisfy the modern people's pursuit for vehicle ride comfort. Therefore, in order to solve this problem, make the vehicle have better performance, there is the active suspension of this technique. This article is based on the design concept of this technology, in view of some cars on the active suspension system design.To establish three-dimensional model for car’s front suspension by using CATIA, simplify the 1/4 suspension system to get its mathematical model, and base on the PID control algorithm to simulate on its suspension characteristics by using MATLAB. Ultimately to achieve a more reasonable design requirements, and achieve the goal of suspension parameters autonomic regulation.To be more important influence and role on the vehicle handling performance and the improvement of the performance of driving.

Key words: independently adjust; active suspension; control algorithm; suspension characteristics; PID

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 悬架的作用 1

1.2 悬架的组成 1

1.2.1 弹性元件 2

1.2.2 减振器 2

1.2.3 导向机构 2

1.2.4 横向稳定杆 3

1.3 悬架分类 3

1.3.1 非独立悬架 3

1.3.2 独立悬架 3

1.3.3 被动悬架 4

1.3.4 半主动悬架 5

1.3.5 主动悬架 5

1.4 国内外主动悬架研究概况 5

1.5 课题研究的目的和意义 6

第2章 悬架的总体设计 7

2.1 悬架总体参数设计 7

2.2 前悬架主要空间参数设计 7

2.3 前悬架主要性能参数设计 8

2.3.1 悬架弹性特性 8

2.3.2 悬架静挠度 8

2.3.3 悬架动挠度 9

第3章 主要零件设计及其三维模型 10

3.1 弹性元件设计 10

3.1.1 弹簧形式及材料的选择 10

3.1.2 确定弹簧直径及刚度 10

3.1.3 弹簧其他参数确定 11

3.1.4 弹簧强度校核 11

3.2 无级可调式减振器设计 11

3.2.1 减振器形式的选择 11

3.2.2 相对阻尼系数的选取 12

3.2.3 阻尼系数的选取 12

3.2.4 最大卸荷力的计算 13

3.2.5 工作缸直径的选取 13

3.2.6 无级可调阻尼的实现 14

3.3 导向机构设计 15

3.3.1 侧倾中心高度 15

3.3.2 导向机构受力分析 16

3.3.3 摆臂长度的选择 17

3.4 横向稳定杆设计 17

3.5 前悬架三维模型设计 17

3.5.1 CATIA概述 17

3.5.2 悬架各部分零件三维模型图 17

第4章 主动悬架系统仿真及分析 20

4.1 悬架系统控制算法的选取 20

4.2 主动悬架系统的简化数学模型 21

4.2.1 主动悬架体统的整体设计及简化 21

4.2.2 主动悬架系统数学模型 21

4.3 PID控制器 23

4.4 基于MATLAB的主动悬架系统建模 24

4.4.1 MATLAB简介 24

4.4.2 Simulink模块概述 24

4.4.3 被动悬架系统的Simulink模型 24

4.4.4 液压控制系统的Simulink模型 25

4.4.5 PID控制器的Simulink模型 25

4.4.6 主动悬架系统Simulink模型 25

4.5 主动悬架系统仿真及分析 26

4.5.1 路面输入 26

4.5.2 被动悬架仿真结果 27

4.5.3 主动悬架仿真结果 28

4.5.4 仿真结果分析与总结 29

第5章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

参考文献 32

附录A 螺旋弹簧设计的CATIA宏录制程序 34

致谢 36

第1章 绪论

1.1 悬架的作用

对于悬架的概念，简单来说它是一种可以弹性连接车架和车桥的装置^[1]。它的作用除连接之外，还有以下作用：

1. 缓冲作用，即减少行驶中道路给车辆带来的冲击力；
2. 汽车行驶时，衰减振动、保持稳定的车身高度；
3. 传力（力矩），即传递汽车行进中上的一切反力及力矩，保证汽车平顺行驶；
4. 导向作用，约束车轮，减少其运动的自由度，以保障车轮在各种复杂路面上良好工作。

悬架系统的这些功用是密切相关的。如果要想迅速衰减振动和冲击，提高乘坐的舒适性，就应该降低悬架刚度。但从另一方面考虑，如果刚度减少的过多，必定会使悬架性能有所下滑。所以在设计时，应权衡这两个方面影响，得到较为合理的悬架刚度，这样就可以兼备悬架的各大优良性能。

由此可见，若想得到良好的汽车性能，悬架的合理设计起着至关重要的作用，这也使得悬架设计在整车设计中有着非常重要的份额。

1.2 悬架的组成

悬架系统的基本组成零件有：弹性元件、减振器、导向机构和横向稳定杆等^[2]。如图1.1所示。