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1、第15卷第1期振動工程學(xué)報Vol.15No.12002年3月JournalofVibrationEngineeringMar.2002基于磁流變阻尼器的車輛懸架半主動控制研究——建模與直接自適應(yīng)控制郭大蕾胡海巖(南京航空航天大學(xué)振動工程研究所南京,210016)摘要利用磁流變液體的特點,采用磁流變阻尼器實現(xiàn)車輛懸架減振系統(tǒng)的半主動控制。由于磁流變液體的滯回特性及其在固液態(tài)之間的轉(zhuǎn)換引起半主動懸架系統(tǒng)強烈的非線性特性,為此,設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接自適應(yīng)控制。仿真表明,由磁流變阻尼器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合實現(xiàn)的車輛懸架半主動控制系統(tǒng)能夠較好地提高車輛的行駛平順性。關(guān)鍵詞:振動控制;自適應(yīng)
2、控制;磁流變阻尼器;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);車輛底盤中圖分類號:O373;TP273;U463.33級調(diào)節(jié),與微機結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)懸架振動的在線半主引言動控制。隨著人們對車輛乘坐舒適性要求的不斷提高,1磁流變阻尼及其特點懸架振動控制問題逐漸成為車輛動力學(xué)研究的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)被動筒式減振器只具有阻尼力與速率的磁流變液體是一種非牛頓流體,其剪切應(yīng)力由單值函數(shù)關(guān)系,粘度不可調(diào)節(jié),且當(dāng)速率增加時,由液體的粘性和屈服應(yīng)力兩部分組成。通常,流變特性于流體溫度升高,其粘度反而會降低。因此,被動懸的改變表現(xiàn)為剪切應(yīng)力隨外加磁場的增加而增大。架已遠遠不能滿足要求。而半主動控制無需附加能磁流變液體的屈服應(yīng)力比電
3、流變液體大一個數(shù)量源,具有控制律簡單、能耗較低和容易實現(xiàn)的特點,級,且與數(shù)千伏電壓用以改變電流變體的粘度相比正在成為一種頗有前景的懸架振動控制方式。但是,較,磁流變液體粘度的變化由交變電流產(chǎn)生交變磁半主動機械式阻尼減振器通過調(diào)節(jié)節(jié)流孔的開口改場而引起,具有良好的動力學(xué)特性和安全性。因此,變通流面積來調(diào)節(jié)阻尼系數(shù),不易實現(xiàn)細(xì)微調(diào)節(jié)。磁由磁流變液體制成的阻尼器比電流變阻尼器在實際流變液體具有表觀粘度隨剪切速率和外加場強的變進行減振控制中具有更大的優(yōu)勢?；兓奶匦?根據(jù)這一性質(zhì)得到的磁流變阻尼在半主動車輛懸架振動控制的研究中,采用磁器能夠作為懸架減振器進行隔振。在外加電場作用流
4、變阻尼器來實現(xiàn)可控阻尼力,使懸架特性可自適下,磁流變阻尼器的阻尼力可在幾毫秒之內(nèi)實現(xiàn)無應(yīng)于路面的變化。圖1為LORD公司生產(chǎn)的磁流變圖1磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)圖國家杰出青年科學(xué)基金資助項目(編號:59625511)和福特-中國研究與發(fā)展基金資助項目(編號:9715508)收稿日期:2000-12-15;修改稿收到日期:2001-07-05第1期郭大蕾等:基于磁流變阻尼器的車輛懸架半主動控制研究——建模與直接自適應(yīng)控制11阻尼器,它主要由活塞上具有節(jié)流小孔的單筒阻尼為流量系數(shù)。器構(gòu)成。節(jié)流孔兩側(cè)裝有線圈,通過電流以控制磁場由式(2)可見,流過節(jié)流孔的流量與粘度成反強弱。缸體底部為一
5、橡膠密封的氮氣蓄壓器,主要用比,粘度增大,流量減小。當(dāng)場強引起磁流變液體的來緩沖活塞運動時活塞桿兩端液體的體積差造成的粘度增加時,通過節(jié)流孔的流量減少將使得活塞桿沖擊,同時作為一個氣囊,還能起到減振作用?？梢缘倪\動速度降低,這在間接上也起到了抑制振動的看到,阻尼器的主要部分是一個具有節(jié)流孔的活塞。作用。同時,由式(2)可以看出,機械可調(diào)節(jié)式節(jié)流孔節(jié)流孔的兩側(cè)裝有線圈,當(dāng)場強變化時,磁流變體的事實上是改變d即節(jié)流孔的通流面積。盡管流量與粘性發(fā)生變化,阻尼器的剪切應(yīng)力相應(yīng)變化。直徑的四次方成正比,只需很小的輸入就足以引起線圈中通有交變電流時,磁流變液體中的磁極流量很大的變化,但這
6、個過程由于機械裝置多環(huán)節(jié)性分子就受到交變磁化。線圈中電流減到零時,分散傳動等原因,在物理上很難做到精確細(xì)微改變。因此于絕緣載液中磁性顆粒在磁化時所得到的磁性無法有可能導(dǎo)致流量Q在大范圍內(nèi)變化,最終導(dǎo)致流量完全消失。在線圈反復(fù)通過交變電流的情況下,阻尼改變脈動嚴(yán)重。磁流變阻尼器的受控參數(shù)為液流的器的阻尼力與速度之間就呈現(xiàn)出滯回關(guān)系。粘度,隨不同的場強可實現(xiàn)無級變化的粘度值,因此對RD-1005型阻尼器進行實驗建模和曲線擬可獲得無級可調(diào)的阻尼力,達到控制的目的。[2]合,得到磁流變阻尼器的速度-阻尼力滯回模型¨1.512車輛懸架的非線性模型F(z,z,v)=247+-1.04
7、vz1+10.34e2710-1影響汽車乘坐舒適性的主要因素是車身的垂直+-1.1(v-2.3)tg{0.0725[z1+e振動。為了描述這種振動,將車輛簡化為1/4車的二¨40-sgn(z)-0.2v]}(1)自由度模型。引入磁流變阻尼器后,該模型如圖3所1+1.81e·¨示,其運動微分方程如下式中v表示輸入電壓,z(t)和z(t)為活塞桿運動¨¨Mz1+c(z1-z2)+k(z1-z2)=F(z,z,v)的速度和加速度。由式(1)可知:低速時,阻尼力與速¨mz2-c(z1-z2)-k(
