汽车磁流变半主动悬架的智能控制方法研究

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1、万方数据西安工业大学硕士学位论文是承受悬架的垂直载荷，削弱由不平坦路面激励所产生的振动和冲击。导向机构主要是是发挥其本质特性引导力的方向和传递车身与车轮之间的力。阻尼器可以对悬架系统的上下运动施加一定的阻力，以中和路面的冲击，迅速衰减由此而引起的振动，在这些组件的共同作用下，来提高车辆行驶过程中的稳定舒适性。悬架系统影响到汽车的多种使用性能，是车辆最重要的三大总成部分之一(悬架系统、发动机和变速箱)。从结构上来看，虽然悬架系统是由一些简单的元器件组成，但是其确实最难达到动态最佳状态和完美要求的汽车总车。悬架系统平顺性

2、和操纵稳定性这两个性能是相互矛盾的，如果平顺性好了，稳定性就会变差，反之亦然，即如果想要获得更好的平顺性，就必须在遇到汽车遇到冲击时有一个很大的阻尼力来抵消，这时悬架的弹簧就要柔软一些。但当车辆在行驶过程中突然刹车的话则会很容易令车身急速前倾(俗称“点头”)当起步的时候加速过快也容易令车身后仰(俗称“抬头”)以及在拐弯过程中产生更为严重的侧偏作用【6J，过于柔软的弹簧会加重这些现象。容易导致汽车操纵的不稳定。因此如何有效的配合使用这些元件，在适当的时候会放弃某一项性能指标，而保证更重要性能的完成是很有必要的，如何保证

3、这三项元件和谐有序的配合工作，并根据不同的运行环境实时动态调整才是悬架系统需要攻克的难题【7J。悬架的整体示意图如图1．1所示。螺图1．1汽车悬架示意图1．2．1悬架系统分类根据汽车悬架系统工作原理和组成结构的不同，悬架系统总体上可以分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种类型【81，如图1．267(a)、(b)、(c)所示。万方数据1绪论(b)半主动悬架图1．2汽车悬架被动悬架系统(PassiveSuspensionSystem)是目前市场上使用最普遍、技术方案最为成熟的悬架结构。如图1．2(a)所示。它是一种传统的

4、机械结构，能够借助弹性元件和减振器的共同作用来缓解汽车在行驶中产生的颠簸，结构简单的同时性能也非常可靠，更为重要而且需要关注的是它的制造成本非常廉价。但是被动悬架的刚度和阻尼系数都是事先设定好的，它的阻尼特性不变，所以不能根据路面的输入状态来调节系统的振动特性，进而使得用被动悬架结构的汽车的性能也很难得到进一步提高。主动悬架系统(ActiveSuspensionSystem)是用一个动态可控的控制器来代替传统悬架系统中的弹性元件或减振器，如图1．2(b)所示。原理是根据车辆运动过程中检测到的运行环境与车身参数情况，通

5、过控制器来控制设备产生一定的能改变车身运行状况的作用力来达到期望的结果，这种悬架可以非常明显的提高车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。但是它制造成本很高、运行结构非常复杂、同时运行过程中对于能量消耗也特别大等缺点使得其目前在市场上难以得到普遍的应用。半主动悬架系统(Semi．ActiveSuspensionSystem)其结构的设计与被动悬架结构类似，也是用可调弹簧或可调阻尼元件组成的，它也能在车辆行驶过程中改变弹性系统或者阻尼系数，动态调节悬架系统以改善车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。但是它不能随外界的输入进行最优化的控制

6、调节，它只能按已经存储在计算机内的各种条件下的最优弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。优缺点介于被动悬架与主动悬挂之间。如图1．1(c)所示。半主动悬架系统又可分为阻尼有级可调(On．off)和阻尼连续可调(Continuous)两种类型。由于调节弹簧刚度比较困难，目前对半主动悬架的研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面。将阻尼可调的减振器作为执行机构，传感器传递其检测到汽车运动状态的数据到控制器，控制器根据预先设定好的控制算法来发出控制信号，阻尼器收到信号后就产生阻尼力，就实现了对阻尼器阻

7、尼的有级可调或无级可调【91。三种不同的悬架系统(被动悬架系统、半主动悬架系统和主动悬架系统)的性能比较结果如表1．1所示。万方数据西安工业大学硕士学位论文从表1．1中可以得出主动悬架和半主动悬架的性能从多项指标上来看都要明显优于被动悬架系统，但是主动悬架结构复杂、耗能多、制造成本高，而半主动悬架结构简单、耗能少、成本低且能达到与主动悬架系统相类似的控制效果是我们需要重点关注的。1．2．2半主动悬架系统控制方法为了使悬架系统能达到良好的减振性能，主要是从以下两方面对其进行改善，一是设计性能更加优良的控制器；二是选更加

8、合适的悬架系统动力学模型。目前半主动悬架系统的动力学模型中，最常见的主要有二自由度1／4车悬架模型、四自由度1／2车悬架模型、七自由度1／2车悬架模型以及七自由度整车模型等。科学家和学者在经典控制理论和智能控制理论的权衡和比较中总结出了一些比较实用的控制策略，下面介绍了目前比较常用的半主动悬架控制方法及其特点。1)PID控制PID控制是目前应用