悬架系统作为现代汽车的最重要组成部分之一,在汽车的设计和使用上有着极其重要的作用。其中基于磁流变减振器的半主动悬架系统极具研究价值和应用前景,对该系统的研究一般涉及悬架系统的设计、减振器的设计、系统的建模、控制策略的设计等方面,而本文的主要目的是针对磁流变半主动悬架系统,在动力学建模和特性分析的基础上,提出有效的控制策略。
本文介绍了半主动悬架系统的工作机理和特点,分析了减振器磁流变液的流变机理以及力学特性,阐明了磁流变减振器的工作原理,总结了磁流变半主动悬架系统建模和控制策略设计中的难点。在此基础上,文章基于磁流变减振器的Bouc-Wen参数化模型,建立了改进的非线性模型,得到了控制电流与阻尼力的表达式,并分析了磁流变减振器的外特性。同时建立了二自由度四分之一车辆半主动悬架的动力学模型,在MATLAB/Simulink环境下建立了系统的仿真模型并分析了悬架的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷三项性能指标,对比分析了悬架的车身阻尼系数对悬架性能的影响。这些问题的分析为控制策略的研究提供了理论依据和指导方向。
文章继而运用谐波叠加原理建立了时间域内的随机路面模型,并针对悬架系统的结构特点,总结了两种控制思路。针对分目标控制思路,从经典的理想天棚阻尼控制策略入手,到其主动控制实现,再引入地棚阻尼控制来弥补主动控制的缺陷,最后添加系统的状态判断得到了适宜半主动悬架的控制策略；针对整体控制思路,基于非线性的磁流变半主动悬架系统,首先全面地考虑了车身加速度、悬架动行程和减振器两端速度差的相互关系,通过机理推导提出了一种三维控制结构,再将其简化为二维结构,同时引入减振器的设计思想制定了非对称的模糊控制规则,最终得到了直接基于减振器励磁电流的模糊控制策略。最后通过随机路面下的仿真实验对控制策略进行验证和比较。结果表明天棚地棚阻尼控制策略和模糊控制策略都是有效可行的,能不同程度地提高车辆乘坐舒适性、行驶安全性和操作稳定性,但该模糊控制策略能更大幅度地抑制车身加速度和轮胎动载荷,悬架系统的综合性能得到更显著的改善。
