基于磁流变减振器的汽车前悬架半主动控制研究

作者：余淼 李锐 廖昌荣 陈伟民

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 在磁流变减振器外特性分析基础上，设计了1/4车辆的自适应模糊控制器，提出了把1/4车辆模型的半主动控制算法应用于汽车左右前悬架独立控制的策略，并进行了仿真。选用国产某型号微型车作为试验车辆，将其被动的左右前悬架改装成磁流变半主动悬架，在多种条件下进行了实车道路试验。试验结果与仿真吻合，表明对左右前悬架进行独立半主动控制是可行的，明显提高了汽车行驶的平顺性。 基于经典隔振理论的传统被动悬架由于其弹性组件和减振器参数无法改变，只能保证在设计规定条件下的减振效果。磁流变半主动悬架采用磁流变减振器作为改变阻尼大小的执行器，控制系统根据路面激励和悬架响应来调节输人给磁流变减振器的电流，从而改变减振器励磁线圈产生的磁场强度，使阻尼通道中磁流变液的表观粘度随之变化，达到调整减振器阻尼力的目的。 由于减振效果接近主动控制而成本较低，磁流变半主动悬架成为目前国内外汽车工程领域的研究热点，但大多停留在试验室仿真阶段，只有几家国外研究机构进行了装车试验。重庆大学智能结构研究中心针对某微型汽车研制了磁流变减振器和控制硬件，为了进一步探索磁流变减振器和悬架的半主动控制特性，还需要设计一套简单有效的控制算法，再进行大量的道路试验来考察整个系统的实际效果。 目前，国内外在汽车振动控制方面作了许多研究。由于知识产权的原因，国内厂商没有建立实车参数数据库，同时，受试验条件等限制，不可能去测绘出原车全部真实参数，因此无法建立完全符合实际的数学模型。汽车磁流变悬架是一个非常复杂的多自由度非线性时变振动系统，按照由简单到复杂的思路，现只对汽车前部的垂直振动进行控制研究。试验车左右前悬架是采用的麦弗逊式独立悬挂，为简化模型，对它们分别建立1/4车辆的动力学方程。 l/4车辆的磁流变悬架系统的振动仍具有一定的非线性和不确定性，由于自适应控制可以有效减小模型的不确定性对系统的影响，模糊控制能够较好地解决多参数非线性，所以自适应模糊控制方法吸取两者之长，非常适合处理磁流变悬架系统的振动问题。针对1/4车辆模型设计的控制算法经过仿真验证后，可以分别应用于汽车左右前悬架，独立控制两只磁流变减振器。至于效果如何，最终要根据实车路试中各测点控制前后的垂直加速度来评价。 在不同载荷、车速下，分别对试验车前悬架两个磁流变减振器独立迸行的半主动控制是可行的，都有效地降低了车厢地板和驾驶员座椅的垂直振动加速度，改善了汽车行驶的平顺性及乘坐的舒适性，并具有良好的鲁棒性；它还明显地减小了非簧载质量的垂直振动，使轮胎有更好的接地性，能够减轻汽车对路面的损坏。 结论 （1）相对于被动悬架，磁流变半主动悬架明显地抑制了汽车垂直振动，改善了汽车行驶的平顺性，证明磁流变减振器是一种非常有应用前景的可控阻尼执行器。 （2）道路试验结果与计算机仿真结果吻合，说明用最大隶属度法修正基本控制规则的自适应模糊控制器设计理论正确，技术路线可行。 （3）在不同的速度、载荷下，对汽车左右前悬架分别用1/4车辆模型的半主动控制算法来独立控制均取得了较好的效果，降低了模型的不确定性对控制系统的影响，有较强的鲁棒性，这具有工程意义。 （4）本文可为下一步建立实车垂直振动的数据模型和全车的控制模型提供依据，且对指导磁流变减振器的设计和优化控制器都有重要意义。(end)

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