轻型装甲车磁流变减振器及半主动悬架控制研究

摘要

悬架作为车辆的重要部件之一，对车辆的平顺性、操纵稳定性等有重要的影响，因此设计优良的悬架系统，对提高车辆综合性能有极其重要的意义。基于磁流变减振器的半主动悬架是由磁流变减振器、传感器、控制器组成的悬架系统，其中，磁流变减振器是一种采用磁流变液作为工作介质的可控阻尼器，具有结构简单、响应迅速、能耗低、动态范围大、控制相对简单等优点。本文结合某轮式装甲车，设计了以氮气为弹性介质的磁流变减振器，运用模糊PID控制方法对轮式装甲车半主动悬架进行了仿真研究。论文主要工作包括：
　　①在分析了磁流变液的磁流变效应，以及车辆半主动悬架对磁流变液性能要求的基础上，完成了磁流变液在细长阻尼孔中的试验建模与分析。
　　②利用Newton流体和Bingham流体的本构方程，推导出了基于轴对称模型的流变学方程，提出了阻尼力的计算方法。研究了减振器中几个重要参数对减振器阻尼力的影响，确定了磁流变减振器的结构参数。
　　③设计了以氮气为弹性介质的变刚度、变阻尼磁流变减振器，并且解决了刚性闭锁和距地高可调等问题。
　　④考虑悬架弹性元件的非线性刚度，考虑了车辆行驶中座椅及人体的因素，提出了一种6自由度的1/2车辆半主动悬架非线性动力学模型。
　　⑤在对半主动悬架非线性控制方法研究的基础上，运用模糊PID控制方法，并考虑半车模型前后悬架的输入和控制时滞，设计了相应的控制器，对所建立的车辆半主动悬架系统进行了控制仿真研究。研究结果表明：基于模糊PID控制的半主动悬架系统使车辆的平顺性和安全性得到明显的改善，并通过matlab仿真证明了模糊PID控制在处理悬架非线性问题的良好性能，说明采用这种控制方法来解决这类复杂的半主动悬架非线性系统是行之有效的。

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1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2车辆半主动悬架系统及其理论研究进展

1.3 半主动悬架系统在装甲车上的应用

1.4磁流变材料及磁流变技术的研究与发展

1.5本文主要研究工作

2 磁流变效应及磁流变特性研究

2.1 磁流变效应特性分析和研究

2.2 磁流变效应的模型

2.3 装甲车减振器用磁流变液的性能要求

2.4 磁流变液在细长阻尼孔中的试验建模与分析

2.5 小结

3 轮式装甲车磁流变减振器结构设计

3.1 磁流变减振器的工作原理

3.2减振器结构参数的选取

3.3 磁路设计计算

3.4 轮式装甲车磁流变减振器设计中的几个关键问题

3.5 结构参数的确定

3.6 小结

4 装甲车辆半主动悬架非线性动力学分析

4.1悬架系统的性能评价指标

4.2路面模型

4.3 车辆半主动悬架非线性动力学模型

4.4 小结

5 基于磁流变减振器的半主动悬架模糊PID控制仿真研究

5.1 模糊PID自整定参数控制器的结构及算法实现

5.2 磁流变半主动悬架模糊PID仿真及性能分析

5.3小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 今后研究工作的展望

致谢

参考文献

附 录