磁流變阻尼器的動力學(xué)模型及其在車輛懸架中的應(yīng)用研究.pdf

1、高速鐵路對我國的經(jīng)濟發(fā)展起著重要作用，但隨著車輛運行速度的不斷提高，車輛的振動不斷加劇，這對車輛的行車安全性及乘坐舒適性都產(chǎn)生極其不利的影響。同時隨著汽車逐漸成為人們出行中必不可少的交通工具，人們對汽車的NVH(Noise，Vibration，Harshness)特性提出了更高的要求，它直接關(guān)系到汽車的乘坐舒適性。懸架是改善車輛行車安全性及乘坐舒適性的關(guān)鍵部件之一?；诖帕髯冏枘崞鞯陌胫鲃討壹茉诳刂菩Ч辖咏鲃討壹?，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、

2、能耗小、響應(yīng)快和失效安全性高等特點，目前已成為車輛振動控制領(lǐng)域的研究熱點。但磁流變半主動懸架技術(shù)還遠未成熟，許多理論與應(yīng)用問題仍需要進一步研究。為此，本文以降低汽車和高速列車的振動為目標(biāo)，采用理論分析、數(shù)值仿真和實驗研究相結(jié)合的方法，研究了磁流變阻尼器的動力學(xué)模型和半主動控制策略。具體工作包括以下幾方面:
　　 1、磁流變阻尼器的動力學(xué)建模。目前考慮激勵性質(zhì)的磁流變阻尼器動力學(xué)模型并不多，而考慮滯環(huán)非線性且適合于實際控制應(yīng)用的逆

3、向模型則更少。本文從模型準(zhǔn)確性、簡單性、適應(yīng)性和可逆性等實際應(yīng)用需求出發(fā)，提出了電流-激勵依賴的擴展的雙曲正切模型和簡化的雙曲正切模型，為設(shè)計更加有效的半主動控制器打下基礎(chǔ)。
　　 利用MTS測試系統(tǒng)分別測試了內(nèi)通道式和旁通道式兩種不同結(jié)構(gòu)和尺寸的磁流變阻尼器的動力學(xué)特性，分析了控制電流和激勵性質(zhì)對阻尼力-速度特性的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了電流-激勵依賴的擴展的雙曲正切模型和簡化的雙曲正切模型，同時建立了雙曲正切模型、現(xiàn)象模型、

4、擴展的非線性滯環(huán)雙粘性模型和通用Sigmoid滯環(huán)模型，采用遺傳算法對各模型的參數(shù)進行了識別，并從模型精度、復(fù)雜度和可逆性等方面對各個模型進行了系統(tǒng)的對比分析。結(jié)果表明擴展的雙曲正切模型具有最高的模型精度，而簡化的雙曲正切模型求逆方便。通過解析方法求得了簡化的雙曲正切模型的逆向模型，同時采用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)建立了逆向模型，并從建模難易度和模型精度兩方面對兩種逆向模型進行了對比分析。
　　 2、汽車懸架半主

5、動控制研究。由于基于磁流變阻尼器的車輛懸架是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，因此半主動控制器的設(shè)計具有較大的挑戰(zhàn)性。本文從系統(tǒng)控制器和阻尼器控制器兩方面出發(fā)，對多種現(xiàn)有的半主動控制器進行研究和改進，并提出了一種LQG-Fuzzy半主動控制器，建立了一個通用的仿真平臺和實驗平臺，對各半主動控制器的控制效果進行仿真和實驗評估，為其在汽車懸架中的應(yīng)用打下理論和實驗基礎(chǔ)。
　　 建立了四分之一車輛懸架動力學(xué)模型和隨機路面不平度輸入模型。設(shè)計了不需

6、要被控對象模型的On-Off控制器和模糊控制器，采用逆向簡化的雙曲正切模型，建立了考慮磁流變阻尼器滯環(huán)非線性的天棚阻尼和LQG半主動控制器，結(jié)合LQG控制和模糊控制，提出了一種LQG-Fuzzy半主動控制器。仿真評估了五種半主動控制器的控制效果，并分析了簧載質(zhì)量和阻尼器性能的變化對各控制器性能的影響。建立了一套模擬四分之一車輛懸架的試驗平臺，采用基于MATLAB的快速控制原型開發(fā)系統(tǒng)編寫了控制算法程序，對五種半主動控制器進行了實驗對比研

7、究。仿真和實驗結(jié)果表明五種半主動控制器都能有效地降低簧載質(zhì)量加速度和懸架動撓度，本文提出的LQG-Fuzzy半主動控制器具有較高的魯棒性。
　　 3、高速列車的魯棒半主動控制研究。列車速度的不斷提高對控制系統(tǒng)的魯棒性提出了更高的要求，目前已提出的各類控制算法主要集中在經(jīng)典控制領(lǐng)域，在魯棒控制和滯環(huán)非線性抑制等方面缺乏深入的研究，因此本文將H∞魯棒控制策略應(yīng)用到高速列車中，提出了一種H∞-ANFIS魯棒半主動控制器，為高速列車的半

8、主動控制提供一種新的方法。
　　 建立了17自由度高速列車橫向運動的動力學(xué)模型和隨機軌道不平順輸入模型。采用H∞魯棒控制理論計算期望控制力，采用ANFIS技術(shù)計算所需的控制電流，提出了一種H∞-ANFIS半主動控制器，同時設(shè)計了On-Off控制器和模糊控制器。仿真評估了各半主動控制器的控制效果，并分析了時滯對各控制器性能的影響和磁流變半主動懸架的失效安全性。結(jié)果表明相比于被動控制，三種半主動控制都能大幅降低車體的橫向振動，其中H