基于可控阻尼器的汽车半主动悬架控制算法研究

摘要

如今，汽车广泛的应用于人们的日常生活中，给人们的生活带来了极大的便利。汽车性能的好坏影响着人们的驾驶体验，对其性能进行改善将会带给人们更加舒适、稳定的感受。如何快速有效的提高车辆舒适稳定性是目前需要人们不断去解决的问题，也是本文所要研究的方向。车辆悬架系统作为汽车重要的组成部件之一，起着缓和由不平路面传给车身的冲击，衰减由此引起振动的作用。因此悬架系统对汽车行驶平顺性起着决定性的作用，要改善汽车的减振性能问题，最关键的就是要设计出更加合理与完善的悬架系统。　　传统被动悬架由于其成本低、结构简单，是目前应用相对比较广泛的一种悬架系统，但是当悬架参数确定后就不可调节，难以适应不同的道路状况，只能在某一特定的路况中达到最优，已经难以满足人们对车辆的性能要求。而汽车半主动悬架解决了被动悬架的不足之处，可以根据车辆行驶状态以及路面状况的不同，通过控制算法来调节弹簧刚度或减振器阻尼力使车辆达到稳定，并且耗能低、性能可靠，具有和主动悬架相近的减振性能，因此本文主要研究了对半主动悬架系统的建模分析以及相应的控制方式等。　　在实际应用中，半主动悬架系统的控制对象一般为可调阻尼器，而磁流变阻尼器因其高响应速度、低功耗以及稳定可靠的控制性能等优势成为目前应用较为广泛的可控阻尼器。本文将磁流变阻尼器引入到半主动悬架系统中，将其作为半主动悬架系统的被控对象。针对车身的垂向、侧倾、俯仰三种运动，设计了车辆半主动悬架系统的并联协调控制策略，分别以车身垂向、侧倾、俯仰振动的变化情况作为控制器的输入，将输出的车身调节力通过几何运算分解到四个磁流变阻尼器上，采用磁流变阻尼器逆模型将得到的分解力转化为对应的控制电流，以此来控制磁流变阻尼器，达到改善汽车的减振目的。通过MATLAB/Simulink软件分别对10m/s、20m/s、30m/s的行驶速度以及B级、C级路面下的被动悬架与半主动悬架进行仿真，实验和数据结果分析表明:采用提出的并联协调控制策略的半主动悬架系统，在不同车速以及不同的路面等级下，其车身的垂向加速度、侧倾角加速度以及俯仰角加速度都将有明显改善，并且动挠度和车轮动载荷整体上保持稳定，即在不影响车辆行驶安全性的前提下，提高了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，验证了本文提出的控制方法的有效性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 车辆悬架系统的概述

1．2．1 车辆悬架的分类

1．2．2 车辆悬架的研究进展

1．3 可控阻尼器的概述

1．3．1 可控阻尼器的研究现状

1．3．2 磁流变阻尼器的研究进展

1．4 半主动悬架的控制方法

1．5 课题研究的主要内容

1．5．1 本论文研究内容

1．5．2 论文各章节主要内容

2 悬架系统动力学建模及分析

2．1 悬架系统的性能评价指标

2．2 路面激励模型的建立

2．2．1 路面的空间功率谱函数

2．2．2 路面不平度的时间功率谱

2．2．3 随机路面输入位移

2．2．4 冲击路面输入位移

2．3 半主动悬架系统动力学建模

2．4 半主动悬架仿真建模

2．5 本章小结

3 磁流变阻尼器正逆模型的分析研究

3．1 磁流变阻尼器的工作原理及方式

3．2 磁流变阻尼器的动力学模型

3．2．1 磁流变阻尼器的常用数学模型

3．2．2 基于Bouc-Wen滞环算子的现象模型

3．3 磁流变阻尼器的逆模型分析

3．3．1 BP神经网络逆模型

3．3．2 逆模型数据样本采集与预处理

3．3．3 逆向神经网络模型的训练和测试

3．4 本章小结

4 整车车辆的半主动悬架控制策略

4．1 并联协调控制策略

4．2 并联协调PID控制

4．2．1 PID控制理论

4．2．2 PID悬架控制参数整定

4．2．3 半主动悬架系统的PID控制

4．3 并联协调模糊PID控制

4．3．1 模糊控制理论

4．3．2 模糊控制器的结构

4．3．3 模糊PID控制器的原理介绍

4．3．4 半主动悬架系统的模糊PID控制

4．3．5 并联协调模糊PID控制仿真建模

4．4 本章小结

5 汽车半主动悬架系统仿真分析

5．1 滤波白噪声路面输入时的仿真分析

5．2 冲击路面上的整车仿真分析

5．3 不同车速下的整车半主动仿真分析

5．4 不同路面等级下的整车半主动仿真分析

5．5 本章小结

6 结论

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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