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磁流变半主动悬架系统控制策略的研究

王国敬  
【摘要】:人们生活水平的提高带动了对汽车的舒适性和安全性的高要求,而悬架系统作为汽车的重要部分,对整个汽车的减振效果起着决定性的作用,影响着汽车的舒适性和安全性。随着悬架系统的发展,磁流变半主动悬架由于其可靠性高,并且可以提供接近于主动悬架的控制力而成为研究的热点,但磁流变阻尼器的复杂非线性限制了磁流变半主动悬架的发展。目前针对其控制策略的研究中大多是天棚阻尼控制和主动控制的方法,其中天棚阻尼控制对悬架的性能有一定的提高,但并未发挥磁流变阻尼器的库仑力连续可调的优点,而主动控制方法求得的最优控制力在实际中往往不能具体实现,导致控制方法失效。本文主要针对磁流变半主动悬架系统控制策略展开研究。 首先,介绍了磁流变阻尼器的流变机理、工作原理以及相关控制方法。基于磁流变阻尼器的Bingham模型,将磁流变阻尼器的输出力分为与输入电流有关的可控库仑阻尼力和与系统状态有关的不可控黏滞阻尼力两部分,其中库仑阻尼力与电流呈非线性关系,而黏滞阻尼力可以看作为包含在悬架中的有固定阻尼系数的阻尼器,为后面进一步的研究提供条件。 其次,建立了悬架的模型,阐述了悬架系统评价体系的物理意义,对路面输入进行了介绍。搭建了路面输入的时域模型,并在路面输入干扰下,通过数值仿真,着重讨论了阻尼系数对车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响,仿真结果印证了被动悬架的缺陷,突出本文研究的意义。 进一步,针对磁流变半主动悬架系统的控制策略进行研究,建立了基于磁流变Bingham模型的半主动悬架模型。对天棚阻尼控制进行研究并仿真,结果表明天棚阻尼控制可以获得良好的汽车平顺性。对系统的状态进行分析,基于簧上质量块的位移响应提出了一种新型控制策略,仿真结果显示该控制方法下汽车可获得良好的汽车安全性。 最后,提出了模糊控制,根据天棚阻尼控制良好的汽车平顺性和新型控制策略良好的汽车安全性来制定模糊控制规则,搭建控制系统模型,仿真结果验证了该方法的有效性。


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