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基于磁流变阻尼器的车辆半主动悬架智能控制研究

李琤  
【摘要】:随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高,汽车逐渐融入人们的生活,成为不可或缺的交通工具。悬架作为汽车底盘的重要部件,很大程度上决定了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。对于实时的路面情况和车辆自身运行状态,传统的被动悬架系统参数一旦确定无法改变,难以满足平顺性的要求;主动悬架制造和使用成本高昂,所需的外加控制力系统也会提高整车的能耗。半主动悬架兼具主、被动悬架的优点,结构形式简单,价格成本低廉,阻尼实时可调,减振性能优良,因此已经成为汽车技术领域的一个重点课题。基于磁流变阻尼器的半主动悬架利用磁流变技术可以实现阻尼实时控制,因其具有很快的响应速度、优良的控制性能、较宽的动态范围、简单的结构系统等优点,已经成为智能悬架领域的研究热点。 本文选择了基于磁流变阻尼器的半主动悬架系统作为研究对象,致力于改善整车的行驶平顺性和操纵稳定性。首先,利用Matlab/Simulink软件对系统的执行元件磁流变阻尼器的滞回特性进行仿真研究。通过扩充的Bingham模型和修正的Bouc-wen模型,得到了磁流变阻尼器在不同电流和振幅下的位移与力、速度与力的曲线图。对比其优缺点,建立一种基于反正切函数方法的少参数模型。仿真表明,该模型较好地描述了磁流变阻尼器的力学特性。其次,考虑到汽车悬架系统是一个复杂的非线性系统,根据所研究问题的需要,最终选取接近实际的七自由度整车动力学模型。采用拉格朗日法建立半主动悬架的振动微分方程转化为空间状态方程,便于在软件中建立整车动力学模型。本文将智能控制策略应用于半主动悬架。在随机路面激励下,针对二自由度单轮动力学模型,分别建立了PID控制器、模糊控制器和最优控制器,在此基础上提出了新的最优模糊、最优PID和最优模糊PID复合并联控制方法。针对七自由度整车系统,把生物免疫原理应用于智能控制中,建立模糊免疫PID整车悬架控制系统,以某车型为例进行仿真分析。仿真表明,模糊免疫PID控制下的半主动悬架与常规模糊PID控制相比,较大程度地降低了车身垂直加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度这些悬架性能指标数值,较为显著改善了悬架的性能。 上述研究工作为半主动悬架在国产汽车上的应用提供了一定参考。


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