基于MR阻尼器的半主动悬架控制方法研究

汽车半主动悬架的性能可以接近主动悬架,其制造成本和使用成本都远低于主动悬架,是汽车悬架技术发展的主要方向。在车用MR阻尼器研制成功后,控制器的设计是半主动悬架研究的关键问题。目前,半主动悬架控制算法主要集中在天棚阻尼控制和模糊控制等方面,天棚阻尼控制算法具有较好的舒适性却牺牲了安全性,模糊控制具有较好的鲁棒性但稳态精度较低。半主动悬架的控制算法、由半主动悬架实现整车振动控制方式以及系统性能等问题仍需深入研究。因此,在国家自然科学基金“典型智能机械结构若干基础问题”重点项目的资助下,论文对基于MR阻尼器半主动悬架的控制方法进行研究具有十分重要的意义。 首先,建立汽车振动系统动力学模型和MR阻尼器的简化力学模型。用CAD/CAE建模分析法与试验及计算相结合的方法获取模型参数。由研制的汽车复杂零部件质量参数测试装置及夹具和信号测试仪器组成测试系统,用周期计算式修正试验台的非线性影响,实现了被测物体的质心高度和转动惯量的测试。由质量参数测试装置测试发动机变速箱总成、车门与车椅的质量参数,实验法获取轮胎与悬架的刚度与阻尼参数,CAD/CAE建模分析法获取车身和前后桥及车轮的质量参数,组合力系计算出悬挂质量和非悬挂质量的质量参数。因此,由这种综合方法建立了二自由度和七自由度车辆振动系统的动力学参数。应用拉格朗日方程,推导出车辆振动系统运动微分方程,基于状态描述法建立了二自由度和七自由度车辆振动系统的状态空间模型。其次,用Bingham流体的本构方程推导出基于平板模型的MR阻尼器流变学方程,得到其阻尼力计算方法。当其结构和材料确定后,MR阻尼器的粘滞阻尼力是活塞运动速度的函数,库仑阻尼力是励磁电流的函数,因此,对阻尼力计算式进行简化推导出其简化力学模型。根据MR阻尼器的试验数据,确定了模型的待定系数。对MR阻尼器电磁系统的动态特性分析,推导出其响应时间计算式,建立了其带时滞因素的简化力学模型。 根据变论域理论对经典模糊控制进行改进研究并应用到汽车悬架阻尼力控制策略中,提出了悬架阻尼力的变论域模糊控制算法。根据悬架控制阻尼力与MR阻尼器输出阻尼力的误差对MR阻尼器驱动电流进行PD控制,建立了MR阻尼器驱动电流PD控制方法。由此,构成了汽车MR阻尼器半主动悬架变论域模糊控制算法。算法中包括了控制器输入变量和输出变量的伸缩因子,由模糊集语言变量赋值系数反映了控制算法中悬架伸张行程和压缩行程不对称阻尼控制力的关系。用二自由度车辆振动系统模型及参数设计的半主动悬架控制器及其参数组成了两前通道和两后通道及四通道整车振动控制三种方式。用SC6350汽车的整车振动系