汽车空气悬架计算机控制系统设计(最终修改版)

北京理工大学珠海学院2006届本科生毕业设计I汽车空气悬架计算机控制系统设计摘要由于在平顺性和车高控制上的诸多优点，越来越多的客车生产商已经开始使用电子控制空气悬架，通过控制弹簧刚度和减振器的阻尼来获得好的平顺性和操纵稳定性。本文设计对汽车在制动、转向、加速、高速等工况下的空气弹簧刚度的调节来实现对悬架刚度的控制，在不同车速下对车高的调节以减少风阻。通过介绍悬架的种类和特点，分析空气悬架当前发展状况，概述平顺性的研究内容，提出本文研究的主要内容和基本流程。文中以简化的汽车1/4悬架模型为基础，通过分析刚度和系统频率对平顺性的影响，得出空气悬架的主要控制参数。接着使用MATLAB/SIMULINK计算机仿真软件，模拟路面随机输入，仿真被动悬架及空气悬架的加速度变化，通过对比看出其优点。MCS-96系列单片机在接口、抗干扰及运算速度方面的特点，使得其系列单片机在实现对悬架的控制方面有着较大的优势。本文使用MCS-96系列单片机汇编语言编译控制程序，编写出各功能子系统程序段，以顺序执行指令模式运行，通过对各传感器的信号来判断行驶状况，从而输出对应的控制信号。硬件使用80C196KC单片机。关键字：空气弹簧电控悬架控制程序仿真单片机北京理工大学珠海学院2006届本科生毕业设计IIAirSuspensionControlSystemDesignABSTRACTAsthecarrideandthemanyadvantagesofhighcontrol,moreandmorebusmanufacturershavebegunusingelectroniccontrolairsuspension,bycontrollingthespringstiffnessanddampingshockabsorberstogetagoodridecomfortandhandlingstability.Inthispaper,wedesigntoadjusttheairspringstiffnesstoachievethecontrolofthesuspensionstiffnessinthebraking,steering,acceleration,speedandotherworkingconditions.Byadjustingthestiffnessofthespringandshockabsorberdampingtoreducethewindresistanceinhigh-speedcondition.Byintroducingthesuspensionofthetypeandcharacteristicsofthecurrentdevelopmentofairsuspension,ridecomfortofanoverviewofthecontentsofthispaperpresentedthemaincontentandbasicprocesses.Bysimplifyingthecar1/4suspensionmodel,analyzingthestiffnessandsystemfrequencyontheRide,cometothemaincontrolparametersofairsuspension.ThenusetheMATLAB/SIMULINKsimulationsoftwaretosimulatetherandomroadinput,simulationpassivesuspensionandairsuspension,accelerationchanges,bycomparingtoseeitsadvantages.AstheMCS-96seriesMCUinterface,interference,andthecharacteristicsofcomputingspeed,makestheMCS-96familyofsinglechiptoachievethecontrolofthesuspensionhasabigadvantage.ThisarticleusestheMCS-96Microcontrollerassemblylanguagecompilercontrolprocedures,thepreparationofthesegmentofeachfunctionalsubsystem,toordertheimplementationofinstructionmode,thesignaloneachsensortodeterminetheoperatingconditions,andthusthecorrespondingoutputcontrolsignals.Use80C196KCMCU.Keywords:airspring;ECAS;controlprocedures;SIMULINK;MCU目录摘要........................................................IABSTRACT...................................................II1绪论.....................................................11.1悬架概述.....................................................11.2悬架的分类...................................................11.3主动悬架.....................................................21.4空气悬架发展与现状...........................................21.5平顺性理论概述...............................................31.6本文的主要内容...............................................42空气悬架的工作原理及功能.................................52.1空气悬架工作原理.............................................52.2空气悬架功能.................................................53空气悬架系统.............................................73.1空气悬架主要元件结构.........................................73.2空气悬架输入输出部件.........................................73.3空气悬架的具体工作方式......................................134空气悬架数学模型........................................144.1垂直刚度设计计算：..........................................144.2空气弹簧系统频率的计算......................................144.3单质量系统的自由振动........................................155系统控制流程............................................165.1总控制流程图................................................165.2各子系统流程图..............................................176系统仿真计算............................................246.1MATLAB软件介绍.............................................246.2路面激励谱..................................................256.3SIMULINK计算仿真...........................................267汇编程序设计............................................307.1MCS-96系列单片机的特点......................................307.2汇编语言程序工作原理........................................307.3硬件图......................................................32本文总结...................................................35参考文献...................................................36注释.......................................................37附录.......................................................38谢辞.......................................................45北京理工大学珠海学院2006届本科生毕业设计11绪论1.1悬架概述悬架是汽车的重要组成部分，它把车体与车轴弹性地连接起来，并承受作用在车轮和车体之间的作用力，缓冲来自不平路面给车体传递的冲击载荷，衰减各种动载荷引起的车体振动。悬架对汽车的行驶平顺性、乘座舒适性及操纵稳定性等多种使用性能都有很大影响，因此悬架设计一直是汽车设计人员非常关注的问题之一。汽车悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都是由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车身时，可能引起汽车机件的早期损坏；传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤。为了缓和冲击，在汽车行驶系中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬挂中还必须装有弹性元件，使车身与车轮之间作弹性联系。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。故悬挂系统还应具有减振作用，以使振动迅速衰减，振幅迅速减小。为此，在许多形式的悬挂系统中都设有专门的减振器[1]。1.2悬架的分类悬架的结构形式较多，按导向机构的形式，可分为独立悬架和非独立悬架两大类。按工作原理不同，悬架可分为被动悬架、半主动悬架及主动悬架三种。目前在汽车上普遍采用的多为被动悬架。随着汽车速度的提高，对汽车悬架的性能提出了越来越高的要求。由于被动悬架存在本质性的问题，设计人员无法对其结构进行改造和参数优化以达到期望的性能指标，所以半主动悬架和主动悬架越来越受到汽车制造商和汽车研究人员的关注。只有半主动悬架和主动悬架可以采用电子控制的方式，即通常所说的电控悬架。悬架电子控制的目的在于如下几点[2]。a.降低路面凹凸不平引起的加速度和车身急剧跳动对乘员的影响。b.减少汽车行驶时的车身姿态变化（如侧倾、纵摇、俯仰等）。c.保证在弯曲路段行驶时的操纵稳定性。d.在乘客数目和载货质量变化时维持车身高度不变，并在高速行驶时降低车辆高度，在粗糙路面行驶时增加车辆高度。随着半主动悬架和主动悬架在商用车上应用范围的扩大，对作为其主要组