悬架系统是保证车辆操稳性和行驶平顺性的关键部件。近年来,磁流变技术应用成为智能化悬架领域的研究热点,该技术主导下的半主动悬架结构简单、耗能较低、反应机制灵敏。磁流变技术能否取得关键性突破取决于两个问题:一是磁流变减振器研发,二是半主动控制策略。由于磁流变半主动悬架本身存在诸多未知因素,并涉及到大量非线性动力学问题,使得控制策略的设计难度较大,鉴于磁流变减振器展现出明显的分数阶动力学特性,分数阶微积分能更好地描述半主动悬架本质特性。因此本文围绕磁流变减振器结构优化和半主动悬架控制策略特别是分数阶PID控制策略进行了研究,主要内容包括:(1)对磁流变减振器进行结构设计及优化。首先分析磁流变减振器设计的原则和原理,为磁流变减振器设计做好理论基础。建立了整车模型,以操纵稳定性和平顺性的各项目标为基准,在各种工况下仿真并得到了阻尼力值。其次,对阻尼力进行优化设计,以此减振器阻尼力值作为减振器设计的目标。同时对减振器相关结构参数进行设计,建立了基于结构参数的磁流变减振器的数学模型。对结构参数进行灵敏度分析,得出通道间隙、有效作用长度及剪切屈服应力对阻尼力和可调范围的影响。最后,应用遗传算法对磁流变减振器参数进行了优化,获得了减振器设计参数。(2)进行试验验证和半主动悬架仿真。根据仿真优化结果设计磁流变减振器,在示功试验台上进行试验。结果表明,磁流变减振器阻尼力随速度和电流的增加而增加,且示功曲线比较饱满,减振器性能能够满足实际要求;减振器滞回特性与速度或频率有关,速度或频率越大滞回特性越明显。同时得出电流为4A,最大速度为0.52m/s下优化结果与试验结果的对比情况,表明复原阻尼力比优化目标小49 N,可调阻尼范围小0.3,误差在合理范围内,从而验证了仿真优化结果正确性。(3)运用BP神经网络模型建立磁流变减振器动力学模型。模型输出结果与试验结果拟合较好,表明该方法能够适应减振器实际频率、振幅和电流变化,简洁而准确地预测磁流变减振器实际阻尼力。(4)提出一种磁流变半主动悬架分数阶PID控制策略。针对传统的PID模型中的限制性因素,提出了分数阶PID控制器策略,建立二自由度模型并进行分析。考虑到相比传统的PID控制,分数阶PID控制策略多出了两个自由度,分别是微分和积分阶,使得整个系统的控制维度增加、可控性增强。整个控制策略的完成,通过利用PI控制器输入车身垂直加速度和利用PD控制器输入悬架动挠度两个步骤,并将两个步骤之和作为输出结果进行仿真计算。结果表明,当汽车以12.5m/s的速度行驶在B级路面时,与被动悬架相比,整数阶和分数阶PID半主动悬架的车身加速度均方根值分别减小了20.9%和36.3%,基于分数阶微积分的PID控制策略能更有效地抑制车身共振,改善乘坐舒适性。(5)提出一种改进的免疫算法优化分数阶PID控制参数值。针对分数阶PID控制参数整定难题,对分数阶PID控制参数微分和积分阶进行优化,在研究免疫浓度抑制机制基础上,提出了一种全局优化策略,建立了算法评价函数,给出具体优化流程。基于免疫注入思想研究一种集专家经验和进化计算相结合的快速确定方法,获得了更加优异的分数阶PID控制器。结果表明,经过20次进化代数后,与整数阶PID半主动悬架相比,优化前和优化后的分数阶PID半主动悬架,车身加速度均方根值分别减小了43.4%和55.9%。说明该算法更适合于分数阶PID控制参数求解,可以提高参数寻优效率,具有更快的响应速度和更高的精度值。