汽車磁流變半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的聯(lián)合模態(tài)控制

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1、萬方數(shù)據(jù)第19卷第3期振動(dòng)工程學(xué)報(bào)V01．19No．31111篁!旦!呈竺三呈皇!呈!蘭皇望壘呈呈曼墜墅呈竺壘塑：蘭呈：!!!!汽車磁流變半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的聯(lián)合模態(tài)控制王波1’2，王榮秀3，殷學(xué)綱2，陳偉民4，廖昌榮4，余淼4(1．重慶工學(xué)院數(shù)理學(xué)院，重慶400050；2．重慶大學(xué)工程力學(xué)系，重慶400044；3．重慶工商大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶40006734．重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，重慶400044)摘要：提出了帶有4個(gè)磁流變可控阻尼器的汽車半主動(dòng)懸架的7+k自由度動(dòng)力學(xué)模型及其閉環(huán)控制方程．基于此模型，用2個(gè)

2、可控阻尼器對系統(tǒng)的兩個(gè)最大的模態(tài)實(shí)施獨(dú)立模態(tài)控制，而另外兩個(gè)可控阻尼器則對其余的模態(tài)實(shí)施耦合模態(tài)控制，并實(shí)時(shí)地根據(jù)傳感器所獲得的相關(guān)信息提取系統(tǒng)的模態(tài)坐標(biāo)，實(shí)時(shí)跟蹤最大模態(tài)，切換主控模態(tài)，并對其實(shí)施獨(dú)立模態(tài)控制。這種獨(dú)立／耦合模態(tài)聯(lián)合控制方法，可以較好地發(fā)揮獨(dú)立與耦合模態(tài)控制的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)。仿真實(shí)例證實(shí)了獨(dú)立／耦合模態(tài)聯(lián)合控制具有比單獨(dú)采用獨(dú)立模態(tài)控制及耦合模態(tài)控制時(shí)更好的控制效果。關(guān)鍵詞：汽車；半主動(dòng)控制；磁流變阻尼器；聯(lián)合模態(tài)控制中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004—4523(20

3、06)03—0313—06引言隨著人們對乘座舒適性要求的提高，對汽車行駛平順性問題的研究也越來越引起人們的關(guān)注。磁流變可控阻尼器具備能耗小、設(shè)備相對簡單、可以在毫秒級內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，因而成為對汽車懸架系統(tǒng)實(shí)施半主動(dòng)控制的首選作動(dòng)器，對汽車磁流變半主動(dòng)懸架的研究己成為汽車平順性問題研究的一個(gè)熱點(diǎn)‘1～8。。目前，在對汽車平順性問題的研究中較常用的車輛動(dòng)力學(xué)模型是2自由度模型，其最大優(yōu)點(diǎn)是簡單，只考慮車身垂直方向的位移，且將四個(gè)阻尼器(車輪與部分車架及其連接部件等)簡化為各自獨(dú)立的二自由度系統(tǒng)，各種控制方

4、法易于實(shí)現(xiàn)，但2自由度模型是一種較簡化的模型，舍去了部分系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征信息(如車身的側(cè)傾與俯仰)，因此不是一種較理想的汽車動(dòng)力學(xué)模型。較合理的動(dòng)力學(xué)模型是全車模型，即7自由度模型[2’5]，但這種模型沒有考慮到車上乘員或貨載的變化，而這些變化對車輛的動(dòng)力學(xué)特性有較大的、明顯的影響，因此也會(huì)對其閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制律及控制效果有一定的影響。基于此，本文提出了7+是自由度模型——即在全車模型的基礎(chǔ)上，再考慮司機(jī)乘座系統(tǒng)(8自由度模型)和各個(gè)乘員一座椅系統(tǒng)[9]。這樣一種模型能較全面地反映車輛舒適性研究中所感興趣的

5、問題——乘員(質(zhì)量)的垂直振動(dòng)，車身的垂直、俯仰及側(cè)傾振動(dòng)，以及車輪的跳動(dòng)。由于一般只在4個(gè)車輪懸掛處各安裝1個(gè)磁流變可控阻尼器，作動(dòng)器數(shù)量受限，這對于多自由度動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型在系統(tǒng)的物理空間中對其實(shí)施振動(dòng)主動(dòng)控制，并要滿足可控性與可觀性的要求存在很大的困難，因此，7+五自由度模型不易在物理空間中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制律設(shè)計(jì)。但是如果考慮到多自由度線性振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)疊加原理，對于車輛的多自由度動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，對其實(shí)施模態(tài)控制應(yīng)該是一種合理與可行的選擇，而且在模態(tài)空間可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。模態(tài)控制方法一般可分為獨(dú)立模態(tài)控制與耦

6、合模態(tài)控制口引，其中獨(dú)立模態(tài)控制具有計(jì)算量小、設(shè)計(jì)方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但要求較多的作動(dòng)器(其數(shù)量至少應(yīng)等于受控模態(tài)數(shù))；耦合模態(tài)控制則可用較少的作動(dòng)器控制較多的模態(tài)，但其計(jì)算量較大、設(shè)計(jì)與實(shí)施較困難。若對系統(tǒng)的受控模態(tài)中少數(shù)的模態(tài)(模態(tài)坐標(biāo)較大者)實(shí)施獨(dú)立模態(tài)控制，而對其余受控模態(tài)實(shí)施耦合模態(tài)控制，這樣一種將獨(dú)立模態(tài)控制與耦合模態(tài)控制相結(jié)合的控制方法可以在相當(dāng)大的程度上保留兩者的優(yōu)點(diǎn)而克服其不足。1汽車7+七自由度動(dòng)力學(xué)模型1．1汽車半主動(dòng)懸架的7+七自由度模型若以小轎車為研究對象，則其(7+志)模型就是

7、11(7+4)自由度動(dòng)力學(xué)模型，如圖1所示。收稿日期：2005—09—02；修訂日期：2006—02—15基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(51035030)；重慶工學(xué)院博士基金資助項(xiàng)目(2004ZD89)對于新人們來說，一輛裝飾著鮮花和彩帶的漂亮婚車是結(jié)婚過程中必不可少的，而氣派大、空間大的豪華婚車陣容則更能一圓渴望的夢想。在這個(gè)追求個(gè)性化的年代，選擇什么樣的婚車，不僅渠道多，價(jià)格差異也大，就看新人們以怎樣的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和巧妙心思來勾畫新生活的開始了?；檐嚨陌l(fā)展自行車、拖拉機(jī)、大客車、桑塔納、凱迪拉克…

8、…不同時(shí)代流行不同的婚車。幾十年來婚車的變化，折射的是百姓幸福生活的變遷史。60年代接新娘得用自行車流行婚車：自行車http://www.hzmeizhilv.com/時(shí)代的車輪邁入了上個(gè)世紀(jì)70年代，婚車的輪子也發(fā)生了質(zhì)的變化，在馬達(dá)轟鳴聲中，拖拉機(jī)成為了無數(shù)年輕人的流行婚車。70年代接新娘有了“機(jī)動(dòng)車”流行婚車：拖拉機(jī)、卡車從自行車到拖拉機(jī)，婚車的輪子在發(fā)生變化的同時(shí)，也預(yù)示著美好的生活在提速，而這種速度提升