基于智能PID控制的车辆磁流变阻尼器座椅悬架研究

摘要

座椅是影响汽车安全性和舒适性的重要部件之一。特别是农用车辆、林用车辆以及工程车辆等非公路车辆长期作业和行驶在恶劣环境中。由于其自身车辆悬架性能以及制造成本的限制，多数采用结构简陋的被动座椅悬架，对于恶劣的路况，在运行时会产生强烈的振动，使得这些车辆的驾驶者长时间承受低频高强度的乘坐振动，容易引发脊椎畸变和胃病等职业性疾病，严重损害司机的身心健康，大大降低工作效率。另外，座椅悬架做为汽车减振环节之一，是最容易该进的部件。而国内对高性能的车辆座椅悬架的研究较少，因此研究结构简单高性能的座椅悬架是十分必要的。
　　本文提出的车辆磁流变阻尼器半主动座椅悬架，旨在降低车辆座椅悬架的振动强度，提高乘员乘坐舒适性。本文首先研究了磁流变阻尼器的数学模型，并且利用MATLAB对磁流变阻尼器Bingham模型和修正的Bouc-Wen模型进行仿真研究，根据磁流变阻尼器仿真特性曲线的力与位移特性和力与速度特性以及磁流变阻尼器滞回特性，选择了修正的Bouc-Wen模型做为本文研究的半主动座椅悬架此流变阻尼器模型。其次，针对本文所研究的磁流变阻尼器座椅悬架系统提出了五自由度“人体-座椅”模型，并建立其动力学和数学模型。最后，借助MATLAB软件对基于PID控制、改进的单神经元控制、模糊PID控制以及带死区的PID控制策略进行了大量的仿真研究。验证了其有效性。并采用智能PID控制策略为车辆磁流变阻尼器半主动悬架设计了四种控制器，利用MATLAB对半主动座椅悬架进行了仿真研究，把结果与传统的被动座椅悬架进行分析对比。仿真结果表明:采用智能PID控制策略的磁流变阻尼器半主动座椅悬架能够较好的抑制座椅垂直方向上的振动，较被动座椅悬架有了较大的提高，提高了座椅乘坐的舒适性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 车辆被动座椅悬架

1．2．2 车辆主动座椅悬架

1．2．3 车辆半主动座椅悬架

1．2．4 “人体-座椅”模型研究

1．2．5 磁流变阻尼器的研究

1．2．6 车辆座椅悬架系统控制策略

1．3 本文研究的主要内容

2 车辆磁流变阻尼器座椅悬架模型

2．1 磁流变液的基本原理

2．1．1 磁流变效应及其流变机理

2．2 磁流变液的数学模型分析

2．3 磁流变减振器的工作模式及理论分析

2．3．1 流动模式下的磁流变减振器阻尼力

2．3．2 剪切模式下的磁流变减振器阻尼力

2．3．3 混合模式下的磁流变阻尼器阻尼力

2．4 磁流变阻尼器模型研究

2．4．1 Bingham模型

2．4．2 Bouc-Wen模型

2．4．3 改进的Bingham模型

2．4．4 修正的Bouc-Wen模型

2．4．5 磁流变阻尼器数学模型仿真

2．4．6 磁流变阻尼器模型特性分析比较

2．5 “人体-座椅”模型建立

2．6 本章小结

3 磁流变半主动座椅悬架控制器设计

3．1 基于PID控制磁流变半主动座椅悬架控制

3．1．1 PID控制器设计

3．1．2 仿真实例

3．2 基于模糊PID磁流变半主动座椅悬架控制

3．2．1 模糊PID控制器设计

3．2．2 实例仿真

3．3 改进的单神经元PID控制器设计

3．3．1 几种典型的学习规则

3．3．2 单神经元自适应PID控制

3．3．3 改进的单神经元自适应PID控制

3．3．4 实例仿真

3．4 带死区的PID控制器设计

3．4．1 仿真实例

3．5 本章小结

4 仿真试验

4．1 仿真技术与SIMULINNK

4．2 汽车座椅被动悬架仿真

4．3 汽车磁流变阻尼器座椅半主动悬架系统SIMULINK试验仿真

4．3．1 PID控制的半主动座椅悬架仿真

4．3．2 改进的单神经元PD控制的半主动座椅悬架仿真

4．3．3 带死区的PID控制的半主动座椅悬架仿真

4．3．4 模糊PID控制的半主动座椅悬架仿真

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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