汽車(chē)磁流變半主動(dòng)懸架的智能控制方法研究

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文是承受懸架的垂直載荷，削弱由不平坦路面激勵(lì)所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要是是發(fā)揮其本質(zhì)特性引導(dǎo)力的方向和傳遞車(chē)身與車(chē)輪之間的力。阻尼器可以對(duì)懸架系統(tǒng)的上下運(yùn)動(dòng)施加一定的阻力，以中和路面的沖擊，迅速衰減由此而引起的振動(dòng)，在這些組件的共同作用下，來(lái)提高車(chē)輛行駛過(guò)程中的穩(wěn)定舒適性。懸架系統(tǒng)影響到汽車(chē)的多種使用性能，是車(chē)輛最重要的三大總成部分之一(懸架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，雖然懸架系統(tǒng)是由一些簡(jiǎn)單的元器件組成，但是其確實(shí)最難達(dá)到動(dòng)態(tài)最佳狀態(tài)和完美要求的汽車(chē)總車(chē)。懸架系統(tǒng)平順性

2、和操縱穩(wěn)定性這兩個(gè)性能是相互矛盾的，如果平順性好了，穩(wěn)定性就會(huì)變差，反之亦然，即如果想要獲得更好的平順性，就必須在遇到汽車(chē)遇到?jīng)_擊時(shí)有一個(gè)很大的阻尼力來(lái)抵消，這時(shí)懸架的彈簧就要柔軟一些。但當(dāng)車(chē)輛在行駛過(guò)程中突然剎車(chē)的話則會(huì)很容易令車(chē)身急速前傾(俗稱(chēng)“點(diǎn)頭”)當(dāng)起步的時(shí)候加速過(guò)快也容易令車(chē)身后仰(俗稱(chēng)“抬頭”)以及在拐彎過(guò)程中產(chǎn)生更為嚴(yán)重的側(cè)偏作用【6J，過(guò)于柔軟的彈簧會(huì)加重這些現(xiàn)象。容易導(dǎo)致汽車(chē)操縱的不穩(wěn)定。因此如何有效的配合使用這些元件，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候會(huì)放棄某一項(xiàng)性能指標(biāo)，而保證更重要性能的完成是很有必要的，如何保證

3、這三項(xiàng)元件和諧有序的配合工作，并根據(jù)不同的運(yùn)行環(huán)境實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整才是懸架系統(tǒng)需要攻克的難題【7J。懸架的整體示意圖如圖1．1所示。螺圖1．1汽車(chē)懸架示意圖1．2．1懸架系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)汽車(chē)懸架系統(tǒng)工作原理和組成結(jié)構(gòu)的不同，懸架系統(tǒng)總體上可以分為被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架三種類(lèi)型【81，如圖1．267(a)、(b)、(c)所示。萬(wàn)方數(shù)據(jù)1緒論(b)半主動(dòng)懸架圖1．2汽車(chē)懸架被動(dòng)懸架系統(tǒng)(PassiveSuspensionSystem)是目前市場(chǎng)上使用最普遍、技術(shù)方案最為成熟的懸架結(jié)構(gòu)。如圖1．2(a)所示。它是一種傳統(tǒng)的

4、機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠借助彈性元件和減振器的共同作用來(lái)緩解汽車(chē)在行駛中產(chǎn)生的顛簸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同時(shí)性能也非?？煽?，更為重要而且需要關(guān)注的是它的制造成本非常廉價(jià)。但是被動(dòng)懸架的剛度和阻尼系數(shù)都是事先設(shè)定好的，它的阻尼特性不變，所以不能根據(jù)路面的輸入狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的振動(dòng)特性，進(jìn)而使得用被動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)的汽車(chē)的性能也很難得到進(jìn)一步提高。主動(dòng)懸架系統(tǒng)(ActiveSuspensionSystem)是用一個(gè)動(dòng)態(tài)可控的控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)懸架系統(tǒng)中的彈性元件或減振器，如圖1．2(b)所示。原理是根據(jù)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)到的運(yùn)行環(huán)境與車(chē)身參數(shù)情況，通

5、過(guò)控制器來(lái)控制設(shè)備產(chǎn)生一定的能改變車(chē)身運(yùn)行狀況的作用力來(lái)達(dá)到期望的結(jié)果，這種懸架可以非常明顯的提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性。但是它制造成本很高、運(yùn)行結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、同時(shí)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于能量消耗也特別大等缺點(diǎn)使得其目前在市場(chǎng)上難以得到普遍的應(yīng)用。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)(Semi．ActiveSuspensionSystem)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與被動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)類(lèi)似，也是用可調(diào)彈簧或可調(diào)阻尼元件組成的，它也能在車(chē)輛行駛過(guò)程中改變彈性系統(tǒng)或者阻尼系數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)以改善車(chē)輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。但是它不能隨外界的輸入進(jìn)行最優(yōu)化的控制

6、調(diào)節(jié)，它只能按已經(jīng)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的各種條件下的最優(yōu)彈簧和減振器的優(yōu)化參數(shù)指令來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的剛度和減振器的阻尼狀態(tài)。優(yōu)缺點(diǎn)介于被動(dòng)懸架與主動(dòng)懸掛之間。如圖1．1(c)所示。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)又可分為阻尼有級(jí)可調(diào)(On．off)和阻尼連續(xù)可調(diào)(Continuous)兩種類(lèi)型。由于調(diào)節(jié)彈簧剛度比較困難，目前對(duì)半主動(dòng)懸架的研究主要集中在調(diào)節(jié)減振器的阻尼系數(shù)方面。將阻尼可調(diào)的減振器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器傳遞其檢測(cè)到汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)到控制器，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的控制算法來(lái)發(fā)出控制信號(hào)，阻尼器收到信號(hào)后就產(chǎn)生阻尼力，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)阻尼器阻

7、尼的有級(jí)可調(diào)或無(wú)級(jí)可調(diào)【91。三種不同的懸架系統(tǒng)(被動(dòng)懸架系統(tǒng)、半主動(dòng)懸架系統(tǒng)和主動(dòng)懸架系統(tǒng))的性能比較結(jié)果如表1．1所示。萬(wàn)方數(shù)據(jù)西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文從表1．1中可以得出主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架的性能從多項(xiàng)指標(biāo)上來(lái)看都要明顯優(yōu)于被動(dòng)懸架系統(tǒng)，但是主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能多、制造成本高，而半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能少、成本低且能達(dá)到與主動(dòng)懸架系統(tǒng)相類(lèi)似的控制效果是我們需要重點(diǎn)關(guān)注的。1．2．2半主動(dòng)懸架系統(tǒng)控制方法為了使懸架系統(tǒng)能達(dá)到良好的減振性能，主要是從以下兩方面對(duì)其進(jìn)行改善，一是設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)良的控制器；二是選更加

8、合適的懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。目前半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型中，最常見(jiàn)的主要有二自由度1／4車(chē)懸架模型、四自由度1／2車(chē)懸架模型、七自由度1／2車(chē)懸架模型以及七自由度整車(chē)模型等?？茖W(xué)家和學(xué)者在經(jīng)典控制理論和智能控制理論的權(quán)衡和比較中總結(jié)出了一些比較實(shí)用的控制策略，下面介紹了目前比較常用的半主動(dòng)懸架控制方法及其特點(diǎn)。1)PID控制PID控制是目前應(yīng)用