电控悬架混合仿真试验台的设计研究

论文摘要

悬架系统作为汽车底盘的重要组成部分,与汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和安全性等息息相关。传统被动悬架刚度及阻尼参数是兼顾汽车所有性能而确定的折中值,且不随外部工况的变化而改变,无法满足车速、载荷和路面情况等变化时车辆性能的要求。而半主动悬架虽然不能随外界的输入进行最优控制,但它可以按照存储在电脑中的各工况悬挂优化参数指令来调节刚度或阻尼大小。计算机仿真技术的发展及混合仿真技术的诞生为悬架系统控制器的设计提供了更加便捷和迅速的手段。本文旨在建立一个半主动悬架系统的实时仿真平台,以方便测试控制器性能,辅助控制器参数整定和优化。首先进行了试验台总体方案的设计,该试验台可分为硬件部分、软件部分及接口系统三个部分。然后对试验台硬件部分的主要子系统和功能模块路面激振系统、数据采集模块、控制模块、悬架系统等设备进行选型,并根据实际条件设计减振器及空气弹簧的特性曲线实验方案,以获取其特征参数值。然后利用Matlab、Simulink, RTW、xPC Target实时仿真一体化工具构建了试验台实时仿真软件环境,并利用S函数C MEX S函数开发了变频器控制s函数及MOXA串口扩展卡初始化及发送驱动程序,在基于RTW、xPC Target的宿主机-目标机双机仿真途径下建立悬架系统纯计算机仿真模型及混合仿真模型。对半主动悬架和被动悬架进行正弦路面输入下的离线仿真以验证控制器控制效果,建立随机路面输入模型并进行基于宿主机-目标机的双机实时仿真试验,验证在全路面谱下双机仿真模式的可行性。对变频器的控制,可以通过宿主机手动控制变频器方式或目标机自动控制变频器方式实现。而宿主机和目标机之间的通信可采用网络通信或串口通信方式实现。本文使用手动方式控制变频器、并利用串口通信方式实现宿主机和目标机之间的通信,从而实现混合仿真试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半主动悬架的国内外研究现状
• 1.3 电控空气悬架（ECAS）的发展历程及现状
• 1.4 混合仿真技术在汽车电控系统的应用
• 1.5 本文研究的目的、意义和内容
• 1.5.1 目的和意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 电控悬架混合仿真试验台的硬件结构搭建
• 2.1 混合仿真技术
• 2.2 试验台总体布置及结构组成
• 2.3 试验台的工作原理
• 2.4 试验台的基本功能
• 2.5 空气悬架系统特性及性能评价
• 2.5.1 电控空气悬架的基本组成和工作原理
• 2.5.2 空气弹簧的基本特性
• 2.5.3 空气弹簧的性能评价指标
• 2.6 空气弹簧及减振器特性实验
• 2.6.1 减振器特性实验
• 2.6.2 空气悬架总成实验
• 2.6.3 数据处理方法
• 第3章 试验台软件和接口系统开发
• 3.1 实时系统开发环境RTW
• 3.1.1 RTW简介
• 3.1.2 RTW的重要功能
• 3.2 基于xPC Target的实时仿真系统
• 3.3 目标机启动盘制作
• 3.4 控制变频器及MOXA串口扩展卡驱动S函数的开发
• 3.4.1 S函数介绍
• 3.4.2 控制变频器C MEX S函数的代码及配置
• 3.4.3 MOXA串口扩展卡驱动S函数的代码及配置
• 3.5 试验台接口系统
• 第4章 半主动悬架系统建模及仿真
• 4.1 Matlab/Simulink仿真环境
• 4.1.1 Matlab软件介绍
• 4.1.2 Simulink仿真工具介绍
• 4.2 被动悬架模型
• 4.3 半主动悬架离线模型
• 4.3.1 半主动悬架模型
• 4.3.2 模糊控制器设计
• 4.3.3 随机路面输入模型
• 4.4 模型仿真及结果分析
• 4.4.1 离线仿真结果
• 4.4.2 随机路面输入下半主动悬架双机仿真
• 第5章 半主动悬架的混合仿真试验
• 5.1 半主动悬架混合仿真模型
• 5.2 混合仿真试验及结果分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文的主要工作与结论
• 6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 变频器控制S函数
• 附录2 MOXA串口扩展卡初始化C MEX S函数
• 附录3 MOXA串口扩展卡发送C MEX S函数
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加的科研项目