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应用磁流变阻尼器的车辆半主动悬架系统性能研究

王中男  
【摘要】:近年来,汽车工业的发展尤为迅速,这也使得人们对于车辆的舒适度与安全性的要求不断提升,而传统的被动悬架系统因其响应效果差、反应速度慢,已无法满足人们的需求。因此,寻找一种新式悬架系统尤为重要。磁流变阻尼器具有诸多优点,能耗小,只需几安培电流即可获得较大的阻尼力,并且通过对电磁场控制,可以达到快速响应、方便控制的目的,无需复杂的机械结构即可与车辆电控系统相集成,因此利用磁流变阻尼器设计一种具有可调阻尼的半主动悬架系统能够极大地改善车辆的乘坐舒适性与乘坐人员的安全性。磁流变阻尼器的阻尼力主要由其中的磁流变液的流变反应得到,而流变效果主要受励磁电流产生的电磁场控制。因此,合理的控制策略可以极大地提高悬架的响应速度以及减振性能。本文在对磁流变阻尼器力学模型参数辨识以及车辆半主动悬架系统建模分析的基础上采用LQG控制策略以及PID控制策略,分别对车身悬架与座椅悬架进行减振控制。具体相关研究工作如下:(1)磁流变阻尼器力学模型的建立与参数辨识首先根据不同的磁流变阻尼器力学模型得到的阻尼力特性曲线,选取出最适合的磁流变阻尼器力学模型,并通过拉伸试验机所采集的磁流变阻尼器响应数据通过遗传算法对所选取的阻尼器模型进行参数识别,进而得到能够准确反映阻尼器力学特性的数学模型。同时采用神经网络算法对阻尼器进行训练求取逆模型,根据目标阻尼力估算所需电流,为后续研究奠定基础。(2)车辆模型与道路模型的建立车辆模型采用能够反映车辆俯仰角的二分之一车辆模型,并且通过力学平衡方程得到车辆悬架系统方程组,表征车辆当前行驶状态。座椅悬架将人与座椅等效成七个具有质量和刚度的七自由度模型。道路模型采用高斯白噪声经滤波变换得到的随机激励与梯形减速带模型。(3)对半主动悬架系统进行控制策略研究LQG控制算法性能稳定鲁棒性好,复合遗传算法对其权值矩阵进行整定,减少了人工选择权值的误差与开发时间将算法优势最大化。对于座椅悬架,由于其接受的激励经过车身悬架系统削弱,采用较为简单的PID控制算法与粒子群算法结合,实现半主动控制。(4)仿真实验验证利用MATLAB/Simulink仿真工具箱搭建出道路模型、车辆模型、磁流变阻尼器模型以及座椅悬架模型,对所设计的控制算法进行仿真实验验证。


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