麦弗逊悬架仿真分析
摘要
近十年来，汽车工业已经成为国民经济的支柱产业，发展十分迅速。各种先进技术，例如新材料、电子控制、网络等都应用到汽车上来。由于汽车设计复杂，往往需要多次重复制作，试车后，新产品的样车才能定型。因而投资大，周期长，耗费大量的时间和精力。但采用CAD技术，建立汽车模型，通过软件模拟汽车行驶状况，来进行汽车设计分析，具有相当的经济意义。
本文详细介绍了麦弗逊悬架的导向机构和阻尼控制器的计算机虚拟仿真设计过程。机械系统虚拟样机仿真设计是20世纪80年代随着计算机的发展而迅速发展起来的一门新兴学科，其核心是机械系统运动学和动力学仿真技术，同时还包括三维CAD建模技术、机电液控制技术、最优化技术等相关技术。
采用虚拟样机分析软件ADAMS分析悬架的导向机构。在ADAMS／View中建立麦弗逊悬架导向机构的三维CAD模型，再加上路面的激励，分析悬架参数在汽车行驶中的变化。根据汽车车轮在行驶中侧滑尽量小的要求，按照侧滑量最小，进行导向机构的优化求解。
其次，提出对汽车悬架阻尼控制器进行控制的MATLAB建模仿真。通过改变阻尼的大小，来达到汽车行驶的平顺性和舒适性。在MATLAB／Simulink中建立汽车的半主动悬架的受控模型，利用Fuzzy Logic Toolbox工具箱，采用Mamdani模糊逻辑控制推理方案，以减少汽车行驶车身垂直方向加速度，提出控制规则，通过对汽车行驶状况的仿真，得到悬架的动态阻尼值。
本文采用计算机虚拟仿真技术，可以指导产品设计，缩短开发周期，减少开发费用和成本，提高产品的系统性能，获得最优和创新的设计产品。
In recent years, the auto-industry has become basically industry for Chinese national economy and undergone rapid progress. Many advanced technologies including new materials, electrical-controlling and network are applied to this area .Several rounds of trials are needed before a new product can be determined, due to its design complexity. Thus large amount of money and time had to be invested in new products. But using CAD, establishing the Auto model using special software to simulate the driving situation and aid Auto design, which have quite economic purpose.
This paper exhaustively analyzes the computer virtual simulation design of the structure and damper controller about The Macpherson Suspension. The Mechanical System Virtual Simulation Technology is a cutting-edge field with the development of computer science. Its most important part is kinematics and dynamics of machinery. It also includes the 3-D CAD model technology, the mechanical-electrical-hydraulic controlling technology, the optimum designing, etc.
This paper explains the suspension by Adams -a Virtual Prototyping Technology software, which analyzes the change of suspension parameter by building the 3-D macpherson suspension model and the road drive when driving, then optimizing analyzing according to the wheel slipping demand.
Secondly, the damper-controller is simulated using Matlab software, for reducing vibration and interference according to change damp. The semi-active suspension control system is built in Matlab/Simulink , using Fuzzy Logical Toolbox (Mamdani method) and analyzed the car vertical acceleration.
For using The Computer Virtual Simulation Technology , it can aid product design, reduce the R&D period and cost and get the best and the most novel products.
本文详细介绍了麦弗逊悬架的导向机构和阻尼控制器的计算机虚拟仿真设计过程。机械系统虚拟样机仿真设计是20世纪80年代随着计算机的发展而迅速发展起来的一门新兴学科，其核心是机械系统运动学和动力学仿真技术，同时还包括三维CAD建模技术、机电液控制技术、最优化技术等相关技术。
采用虚拟样机分析软件ADAMS分析悬架的导向机构。在ADAMS／View中建立麦弗逊悬架导向机构的三维CAD模型，再加上路面的激励，分析悬架参数在汽车行驶中的变化。根据汽车车轮在行驶中侧滑尽量小的要求，按照侧滑量最小，进行导向机构的优化求解。
其次，提出对汽车悬架阻尼控制器进行控制的MATLAB建模仿真。通过改变阻尼的大小，来达到汽车行驶的平顺性和舒适性。在MATLAB／Simulink中建立汽车的半主动悬架的受控模型，利用Fuzzy Logic Toolbox工具箱，采用Mamdani模糊逻辑控制推理方案，以减少汽车行驶车身垂直方向加速度，提出控制规则，通过对汽车行驶状况的仿真，得到悬架的动态阻尼值。
本文采用计算机虚拟仿真技术，可以指导产品设计，缩短开发周期，减少开发费用和成本，提高产品的系统性能，获得最优和创新的设计产品。
In recent years, the auto-industry has become basically industry for Chinese national economy and undergone rapid progress. Many advanced technologies including new materials, electrical-controlling and network are applied to this area .Several rounds of trials are needed before a new product can be determined, due to its design complexity. Thus large amount of money and time had to be invested in new products. But using CAD, establishing the Auto model using special software to simulate the driving situation and aid Auto design, which have quite economic purpose.
This paper exhaustively analyzes the computer virtual simulation design of the structure and damper controller about The Macpherson Suspension. The Mechanical System Virtual Simulation Technology is a cutting-edge field with the development of computer science. Its most important part is kinematics and dynamics of machinery. It also includes the 3-D CAD model technology, the mechanical-electrical-hydraulic controlling technology, the optimum designing, etc.
This paper explains the suspension by Adams -a Virtual Prototyping Technology software, which analyzes the change of suspension parameter by building the 3-D macpherson suspension model and the road drive when driving, then optimizing analyzing according to the wheel slipping demand.
Secondly, the damper-controller is simulated using Matlab software, for reducing vibration and interference according to change damp. The semi-active suspension control system is built in Matlab/Simulink , using Fuzzy Logical Toolbox (Mamdani method) and analyzed the car vertical acceleration.
For using The Computer Virtual Simulation Technology , it can aid product design, reduce the R&D period and cost and get the best and the most novel products.
引文
[1] 张启先编著．空间机构的分析与综合(上册)[M] ．机械工业出版社 1984．2
[2] 黄锡恺等．机械原理[M] ．高等教育出版社 1995．4
[3] 陆震编著．高等机械原理[M] ．北京航空航天大学出版社 2001．1
[4] 曹惟庆编著．机构设计[M] ．机械工业出版社 1992
[5] 陈家瑞著．汽车结构[M] ．人民交通出版社 1994
[6] 林逸等．滑柱摆臂式悬架空间运动分析[J] ．汽车技术 1998．3
[7] 初亮等．滑柱摆臂式悬架转向机构梯形断开点位置的优化及分析[J] ．汽车工程 1996．6
[8] 赵晓光．断开式转向梯形的转向传动机构运动分析[J] ．汽车技术 1993
[9] 陆波．麦式悬架系统运动分析[J] ．汽车技术 1994．6
[10] 张洪欣．柱摆臂式悬架的矢量分析方法[J] ．汽车技术 1989
[11] 黄小平．转向机构运动学分析[J] ．汽车工程 1991
[12] 吴元杰等．轿车滑柱摆臂式独立悬架的运动学分析和参数优化设计[J] ．吉林工大学报 1991．3
[13] 黄小平．硕士研究生论文．江苏理工大学 1998．6
[14] 屠卫星等编．汽车底盘构造与维修[M] ．人民交通出版社 2001
[15] 郑建荣编著．ADAMS虚拟样机技术入门与提高[M] ．机械工业出版社 2001．11
[16] 李军等编著．ADAMS实例教程[M] ．北京理工大学出版社 2002．7
[17] 王国强等编著．虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M] ．西北工业大学出版社 2001
[18] 李晓雷编著，机械振动基础[M] ．北京理工大学出版社 1994
[19] 章一鸣等．车辆悬挂阻尼的微机控制[J] ．汽车工程 1990．2
[20] 方锡邦等．模糊控制技术及其在汽车半主动悬架中的应用[J] ．机械工程学报 1999．3
[21] 孙建民等，汽车悬架系统振动控制技术研究现状[J] ．汽车工艺与材料 2001．2
[22] 秦洪武等．多连杆式前悬架的转向定位参数仿真计算研究[J] ．机械设计与研究 2002．6
[23] 陈龙等．车辆半主动悬架控制技术的研究[J] ．农业机械学报 2002．1
[24] 刘飞等，半主动悬架控制及评价方法的探讨[J] ．江苏大学学报 2002．11
[25] 乐魏等．汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制的方法[J] ．江苏大学学报 2003．1
[26] 孙虹编著．奥迪轿车[M] ．国防工业出版社 2001
[27] 吴基安编著．汽车电子技术[M] ．人民邮电出版社 2000
[28] 曲波等编著．工业常用传感器选型指南[M] ．清华大学出版社 2002
[29] 王福瑞等编著．单片机测控系统设计大全[M] ．北京航空航天大学出版社 1999
[30] 何青玮等．MATLAB在汽车半主动悬架仿真中的应用[J] ．机床与液压 2002．3
[31] 章卫国等编著．模糊控制理论与应用[M] ．西北工业大学出版社 2000．10
[32] 吴晓莉等编著．MATLAB辅助模糊系统设计[M] ．西安电子科技大学出版社 2002．5
[33] 张志涌等编著．精通MATLAB5.3版[M] ．北京航空航天大学出版社 2000．6
[34] 薛定宇等编著．基于MATLAB／Simulink系统仿真技术与应用[M] ．清华大学出版社 2002．4
[35] 范影乐等编著．MATLAB仿真应用详解[M] ．人民邮电出版社 2001．7
[36] 窦振中编著．模糊逻辑控制技术及其应用[M] ．北京航空航天大学出版社 1995．7
[37] 余永权编著．模糊控制技术与模糊家用电器[M] ．北京航空航天大学出版社 2001．1
[38] 周航慈等编著．PHILIPS 51LPC系列单片机原理及应用设计[M] ．北京航空航天大学出版社 2001．5
[39] 谭浩强编著．C程序设计[M] ．清华大学出版社 1998．4
[40] 马忠梅等编著单片机的C语言应用程序设计[M] ．北京航空航天大学出版社 1998．10
[41] D.L.CRONIN STEERING ERROR OPTIMIZATION OF THE MACPHERSON STRUT AUTOMOTIVE FRONT SUSPENSION
[2] 黄锡恺等．机械原理[M] ．高等教育出版社 1995．4
[3] 陆震编著．高等机械原理[M] ．北京航空航天大学出版社 2001．1
[4] 曹惟庆编著．机构设计[M] ．机械工业出版社 1992
[5] 陈家瑞著．汽车结构[M] ．人民交通出版社 1994
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[7] 初亮等．滑柱摆臂式悬架转向机构梯形断开点位置的优化及分析[J] ．汽车工程 1996．6
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[10] 张洪欣．柱摆臂式悬架的矢量分析方法[J] ．汽车技术 1989
[11] 黄小平．转向机构运动学分析[J] ．汽车工程 1991
[12] 吴元杰等．轿车滑柱摆臂式独立悬架的运动学分析和参数优化设计[J] ．吉林工大学报 1991．3
[13] 黄小平．硕士研究生论文．江苏理工大学 1998．6
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[15] 郑建荣编著．ADAMS虚拟样机技术入门与提高[M] ．机械工业出版社 2001．11
[16] 李军等编著．ADAMS实例教程[M] ．北京理工大学出版社 2002．7
[17] 王国强等编著．虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M] ．西北工业大学出版社 2001
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[22] 秦洪武等．多连杆式前悬架的转向定位参数仿真计算研究[J] ．机械设计与研究 2002．6
[23] 陈龙等．车辆半主动悬架控制技术的研究[J] ．农业机械学报 2002．1
[24] 刘飞等，半主动悬架控制及评价方法的探讨[J] ．江苏大学学报 2002．11
[25] 乐魏等．汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制的方法[J] ．江苏大学学报 2003．1
[26] 孙虹编著．奥迪轿车[M] ．国防工业出版社 2001
[27] 吴基安编著．汽车电子技术[M] ．人民邮电出版社 2000
[28] 曲波等编著．工业常用传感器选型指南[M] ．清华大学出版社 2002
[29] 王福瑞等编著．单片机测控系统设计大全[M] ．北京航空航天大学出版社 1999
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[32] 吴晓莉等编著．MATLAB辅助模糊系统设计[M] ．西安电子科技大学出版社 2002．5
[33] 张志涌等编著．精通MATLAB5.3版[M] ．北京航空航天大学出版社 2000．6
[34] 薛定宇等编著．基于MATLAB／Simulink系统仿真技术与应用[M] ．清华大学出版社 2002．4
[35] 范影乐等编著．MATLAB仿真应用详解[M] ．人民邮电出版社 2001．7
[36] 窦振中编著．模糊逻辑控制技术及其应用[M] ．北京航空航天大学出版社 1995．7
[37] 余永权编著．模糊控制技术与模糊家用电器[M] ．北京航空航天大学出版社 2001．1
[38] 周航慈等编著．PHILIPS 51LPC系列单片机原理及应用设计[M] ．北京航空航天大学出版社 2001．5
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[40] 马忠梅等编著单片机的C语言应用程序设计[M] ．北京航空航天大学出版社 1998．10
[41] D.L.CRONIN STEERING ERROR OPTIMIZATION OF THE MACPHERSON STRUT AUTOMOTIVE FRONT SUSPENSION