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1、第15卷第1期振動(dòng)工程學(xué)報(bào)Vol.15No.12002年3月JournalofVibrationEngineeringMar.2002基于磁流變阻尼器的車(chē)輛懸架半主動(dòng)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(dòng)工程研究所南京,210016)摘要利用磁流變液體的特點(diǎn),采用磁流變阻尼器實(shí)現(xiàn)車(chē)輛懸架減振系統(tǒng)的半主動(dòng)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(dòng)懸架系統(tǒng)強(qiáng)烈的非線性特性,為此,設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的車(chē)輛懸架半主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠較好地提高車(chē)輛的行駛平順性。關(guān)鍵詞:振動(dòng)控制;自適應(yīng)
2、控制;磁流變阻尼器;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);車(chē)輛底盤(pán)中圖分類(lèi)號(hào):O373;TP273;U463.33級(jí)調(diào)節(jié),與微機(jī)結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)懸架振動(dòng)的在線半主引言動(dòng)控制。隨著人們對(duì)車(chē)輛乘坐舒適性要求的不斷提高,1磁流變阻尼及其特點(diǎn)懸架振動(dòng)控制問(wèn)題逐漸成為車(chē)輛動(dòng)力學(xué)研究的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)被動(dòng)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(shí),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(huì)降低。因此,被動(dòng)懸的改變表現(xiàn)為剪切應(yīng)力隨外加磁場(chǎng)的增加而增大。架已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。而半主動(dòng)控制無(wú)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(gè)數(shù)量源,具有控制律簡(jiǎn)單、能耗較低和容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),級(jí),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(dòng)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(dòng)機(jī)械式阻尼減振器通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流孔的開(kāi)口改場(chǎng)而引起,具有良好的動(dòng)力學(xué)特性和安全性。因此,變通流面積來(lái)調(diào)節(jié)阻尼系數(shù),不易實(shí)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(shí)際流變液體具有表觀粘度隨剪切速率和外加場(chǎng)強(qiáng)的變進(jìn)行減振控制中具有更大的優(yōu)勢(shì)?；兓奶匦?根據(jù)這一性質(zhì)得到的磁流變阻尼在半主動(dòng)車(chē)輛懸架振動(dòng)控制的研究中,采用磁器能夠作為懸架減振器進(jìn)行隔振。在外加電場(chǎng)作用流
4、變阻尼器來(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)應(yīng)于路面的變化。圖1為L(zhǎng)ORD公司生產(chǎn)的磁流變圖1磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)圖國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):59625511)和福特-中國(guó)研究與發(fā)展基金資助項(xiàng)目(編號(hào):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(chē)輛懸架半主動(dòng)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(guò)電流以控制磁場(chǎng)由式(2)可見(jiàn),流過(guò)節(jié)流孔的流量與粘度成反強(qiáng)弱。缸體底部為一
5、橡膠密封的氮?dú)庑顗浩?主要用比,粘度增大,流量減小。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)引起磁流變液體的來(lái)緩沖活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)活塞桿兩端液體的體積差造成的粘度增加時(shí),通過(guò)節(jié)流孔的流量減少將使得活塞桿沖擊,同時(shí)作為一個(gè)氣囊,還能起到減振作用。可以的運(yùn)動(dòng)速度降低,這在間接上也起到了抑制振動(dòng)的看到,阻尼器的主要部分是一個(gè)具有節(jié)流孔的活塞。作用。同時(shí),由式(2)可以看出,機(jī)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(chǎng)強(qiáng)變化時(shí),磁流變體的事實(shí)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(shí),磁流變液體中的磁極流量很大的變化,但這
6、個(gè)過(guò)程由于機(jī)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(shí),分散傳動(dòng)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(shí)所得到的磁性無(wú)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(guò)交變電流的情況下,阻尼改變脈動(dòng)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(chǎng)強(qiáng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變化的粘度值,因此對(duì)RD-1005型阻尼器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模和曲線擬可獲得無(wú)級(jí)可調(diào)的阻尼力,達(dá)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(chē)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(chē)乘坐舒適性的主要因素是車(chē)身的垂直+-1.1(v-2.3)tg{0.0725[z1+e振動(dòng)。為了描述這種振動(dòng),將車(chē)輛簡(jiǎn)化為1/4車(chē)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)¨¨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(shí),阻尼力與速¨mz2-c(z1-z2)-k(
