磁流变半主动悬架控制策略研究

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随着人们对舒适性要求的提高,汽车的发展已经从单一追求机械性能过渡到追求智能、舒适、安全为一体的综合性能。悬架系统是决定车辆综合性能的,最为关键的部件之一。目前智能悬架被广泛应用,相较于传统的被动悬架,智能悬架具有结构简单、相应速度快、可调节阻尼力等优势,因此研究智能悬架对于提高车辆性能以及乘坐的体验感都有非常重要的意义。本文主要以磁流变半主动悬架为研究对象。目前,国内外学者对于磁流变半主动悬架的乘坐舒适性的问题取得了一定的成果,但针对磁流变半主动悬架的控制策略中,在有限频率内的研究,关于输出反馈控制还研究较少。因此,本文提出了有限频域内的输出反馈控制方式,在固定的频率内,通过对磁流变减振器(Magneto-rheological damper,MRD)半主动悬架的反馈控制来改善车辆性能,提高车辆乘坐舒适性。本文的主要工作如下:首先,本文选用磁流变减振器作为主要研究对象。磁流变液这种智能材料的应用使得磁流变减振器目前发展水平较高,对于提升车辆行驶的稳定性和乘坐的舒适性有良好的效果。根据磁流变减振器的结构及力学特性,结合本论文拟进行的研究,最终选用Bouc-Wen模型,能够很好地反应磁流变的滞回特性。对磁流变减振器进行模型建立,并通过力学特性实验,验证了该减振器的性能完备,能够支撑后续研究的进行。对减振器数学模型进行参数辨识,得到该减振器精确的模型。然后,对系统进行理论研究并建立合适的模型。根据半主动悬架的特性建立1/4二自由度半主动悬架的动力学运动方程。为能更全面真实地模拟现实的路面情况,选用滤波白噪声随机路面和凸包路面进行仿真。在Carsim软件中进行路面模型的建立,并与MATLAB/Simulink进行联合仿真。结合车辆在路面的行驶特点与乘驾者的体验,人体对4-8 Hz的振动频率更敏感的特点,提出针对固定频率内的控制方式,有限频域输出反馈控制,旨在通过提高车辆性能来改善车辆的乘坐舒适性。最后,对整体系统进行仿真,根据不同的控制方式所得到的结果,对数据进行对比,得出结论。结果表明,在凸包路面行驶,本文提出的控制方式能够有效衰减车辆振动,降低车辆响应峰值。当路面为滤波白噪声激励时,与被动悬架相比,性能有明显提升;与模糊PID控制相比,该控制方式对车辆垂向加速度均方根值和峰值的改善率分别为19.45%和24.67%,悬架弹簧动挠度均方根值改善率和峰值的改善率分别为10.79%和22.21%,轮胎动载荷均方根值和峰值改善率分别为0.17%和1.18%,有效提高了车辆性能,改善了车辆的乘坐舒适性。
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