磁流变液减振器建模及磁流变半主动悬架控制研究

摘要

半主动悬架系统在减振方面的控制效果接近主动悬架，且半主动悬架结构简单、工作可靠、而且只需要较少的控制能量因此成为悬架技术研究的主要方向。随着智能控制技术的迅速发展和新型智能材料的出现，汽车悬架技术的研究也有了长足的进步。由于磁流变液具有较好的可控性、响应迅速等优点，基于磁流变技术的半主动悬架逐渐成为悬架技术研究的一个重要方向，同时也是是今后最有希望投入批量生产的半主动悬架形式。
　　然而，用于半主动悬架的磁流变液减振器技术尚不完善，不成熟的磁流变液减振器力学模型和控制策略也制约着其实际应用。现有的磁流变液减振器力学模型中简单的模型适用性强但不准确，复杂的模型多只适用于特定的情况，不便于实际控制。控制策略方面也是如此，常用的控制策略多不能充分利用磁流变液减振器的减振功能而降低控制效果;复杂的控制策略不同程度的存在有模型复杂、计算量大或实时性差等问题。因此，本文主要围绕建立一种准确、有效且适用性强的磁流变液减振器模型和易于实现的磁流变半主动悬架控制器两方面开展研究工作。
　　本文首先了解磁流变液的特性及其流变机理，分析了各种形式磁流变液减振器的工作方式。然后通过减振性能试验详细研究了磁流变液减振器的阻尼力动态特性，分析减振器阻尼力及其滞回特性分别关于不同输入激励及所施加电压的变化关系。
　　在分析总结磁流变液减振器现有的参数化模型和采用智能算法模型的建模理念、优点及缺点的基础上，结合减振器试验数据的分析结论，本文提出了一种模糊非线性模型:该模型采用模糊理论描述减振器的滞回特性结合参数化方法拟合阻尼力随电压及速度变化关系，经验证该模型能够准确的描述磁流变液减振器的阻尼力及其迟滞特性。推导了基于该模型在理想阻尼力下控制电压的计算方法，从而方便实现磁流变液减振器的开环控制。
　　参考天棚阻尼控制理论，在Matlab中设计了基于磁流变液减振器的半主动悬架模糊控制器，通过仿真试验证实磁流变液减振器具有良好的减振性能，验证了本文所给出的阻尼力控制电压计算方法是可行的。通过编程引入微粒群优化算法，对所设计模糊控制器的隶属度函数形状、位置参数和模糊控制规则以降低车身加速度为目的进行优化，经过仿真对比，研究表明微粒群算法优化后的模糊控制器性能得到了明显的提升。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外汽车悬架技术及研究现状

1．2．1 汽车悬架的分类及应用

1．2．2 汽车减振器技术

1．2．3 磁流变液减振器的研究现状

1．3 半主动悬架控制策略

1．4 本文主要研究内容及意义

1．4．1 本文主要研究内容

1．4．2 本文研究的目的和意义

第2章 磁流变液与磁流变液减振器

2．1 磁流变液的基本理论

2．1．1 磁流变液的组成

2．1．2 磁流变液的流变效应及流变机理

2．1．3 磁流变液的分析模型

2．1．4 汽车减振器用磁流变液的性能要求

2．2 磁流变液减振器的工作模式

2．3 磁流变液减振器的力学模型

2．3．1 参数化模型

2．3．2 非参数化模型

2．4 本章小结

第3章 磁流变液减振器的试验及建模研究

3．1 磁流变液减振器阻尼特性试验

3．1．1 试验设备

3．1．2 试验方案

3．2 试验结果分析

3．3 磁流变液减振器的阻尼力建模

3．3．1 阻尼力模型结构

3．3．2 非线性滞回特性描述

3．3．3 最大阻尼力参数拟合

3．4 模型仿真验证

3．5 阻尼力控制电压计算方法

3．6 本章小结

第4章 磁流变半主动悬架控制系统设计及仿真分析

4．1 四自由度磁流变半主动悬架模型及参数

4．2 模糊控制策略

4．2．1 模糊控制的基本原理

4．2．2 模糊控制器的设计

4．3 磁流变半主动悬架模糊控制仿真分析

4．3．1 随机路面输入模型

4．3．2 仿真分析

4．3．3 控制力及控制电压

4．4 本章小结

第5章 磁流变半主动悬架的微粒群算法优化模糊控制策略

5．1 微粒群优化算法

5．1．1 微粒群优化算法原理及流程

5．1．2 微粒群优化算法参数选择

5．2 磁流变半主动悬架模糊控制器参数的微粒群优化

5．2．1 模糊控制器的优化方案

5．2．2 微粒群优化算法实现

5．3 仿真结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和科研项目