汽车磁流变半主动悬架的智能控制方法研究

发布时间：2017-03-26 18:01

  本文关键词：汽车磁流变半主动悬架的智能控制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国家科学技术的进步和人们生活质量的日渐提高,汽车也逐渐成为人们日常生活中基础的交通工具,科技的发展和变革也使得如今的汽车性能更优、性价比也更高,因此,人们已经从原来的关注汽车的耐用性到了更多关注的是汽车的舒适性和安全性。悬架系统是汽车组成结构中最重要的一部分,直接关系着汽车在道路上行驶的性能。被动悬架的弹簧刚度和阻尼系数都是事先设计时设定好的不可改变,无法根据汽车的行驶状态而调节,主动悬架可以根据外部工况调节阻尼而改善悬架的性能,但是它的结构复杂,制造成本高,而半主动悬架的结构与被动悬架纯机械结构一样简单,其功能的实现却与主动悬架的相似,同样可以实现阻尼调节并且成本低廉,性能稳定,已然成为整个行业的研究热点。磁流变阻尼器是由特殊的智能材料液体制成的一种系数可以调节的阻尼器,因为结构简单、反应灵敏、能量损耗低的特点被广泛使用在悬架系统中。在实际的应用中,先由系统控制器的控制算法根据系统响应就算出需要的控制力,再由阻尼器来产生,因此悬架系统的控制算法也是悬架设计的关键。模糊PID控制算法非常适合在汽车悬架控制中使用,它兼备了PID控制算法简单、参数便于调节和模糊控制算法方便灵活、对绝大多数系统都适用的特点,在悬架减振性能控制中发挥了明显的作用。本文主要以使用磁流变阻尼器作执行器的半主动悬架系统为研究对象,以改善汽车的平顺性和稳定性为目的,分别对磁流变阻尼器和汽车悬架系统建立模型,并对悬架模型进行模糊PID控制,通过将基于BP神经网络的磁流变阻尼器的逆向模型与模糊PID控制器形成闭环反馈来实现对汽车悬架的半主动控制并提高悬架系统的对路面激励的减振性能。由于本文研究重点侧重于对汽车平顺性和稳定性的改善,所以首先建立一个二自由度四分之一车的悬架模型和磁流变阻尼器的动力学模型；其次,确定模糊PID控制器的输入输出,根据模糊控制算法的原理,模糊控制器的输入为车身的垂向速度和加速度,输出为PID控制器的三个参数,而模糊PID控制器的输出为半主动悬架的可调阻尼力,并利用MATLAB软件中的模糊控制箱来实现悬架系统的模糊控制PID控制算法；然后选择具有强大学习能力和能够对非线性函进行逼近的BP神经网络技术来建立磁流变阻尼器逆向特性模型,预测出阻尼器可以产生与控制器计算出的控制力接近的阻尼力所需要的控制电流；最后,将悬架系统、模糊PID控制器和阻尼器的逆向模型形成闭环控制系统来实现对悬架的半主动控制,并对其进行仿真和分析：1)当路面激励为随机路面输入和冲击路面输入时,对被动悬架、PID控制的半主动悬架和模糊PID控制的半主动悬架进行仿真和对比,仿真结果表明模糊PID控制的汽车磁流变半主动悬架的平顺性和稳定性都要优于PID控制的悬架和被动悬架；2)当输入路面激励为同一路面等级不同车速和相同车速不同路面等级时进行仿真,验证了所设计模糊PID控制的磁流变半主动悬架具有一定的有效性。综上所述,采用磁流变阻尼器可以有效实现汽车悬架系统的半主动控制,并且模糊PID控制方法能够有效提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性,相比于被动、和PID控制有一定的有效性和优越性。The Intelligent Control Method Research on Vehicle Semi-active Suspension Based on Magnetorheological DamperDiscipline:Control theory and control engineerStudent Signature:Lei BeibeiSupervisor Signature:Guo
【关键词】：半主动悬架系统 磁流变阻尼器 模糊PID BP神经网络
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 汽车悬架系统概述9-14
• 1.2.1 悬架系统分类10-12
• 1.2.2 半主动悬架系统控制方法12-14
• 1.3 磁流变阻尼器概论14-15
• 1.3.1 磁流变液14-15
• 1.3.2 磁流变阻尼器工作类型15
• 1.4 国内外研究现状15-17
• 1.4.1 汽车半主动悬架的研究现状15-16
• 1.4.2 磁流变阻尼器的研究现状16-17
• 1.5 本论文研究内容及各章节安排17-20
• 1.5.1 本论文研究内容17-19
• 1.5.2 论文各章节主要内容19-20
• 2 半主动悬架系统的动力学建模及分析20-35
• 2.1 路面输入模型20-24
• 2.1.1 随机路面输入模型21-23
• 2.1.2 冲击路面输入模型23-24
• 2.2 磁流变阻尼器的模型24-31
• 2.2.1 阻尼器模型的理论25
• 2.2.2 常见的磁流变阻尼器模型25-28
• 2.2.3 基于Bouc-Wen滞环算子的现象模型28-31
• 2.3 半主动悬架系统动力学建模31-34
• 2.3.1 悬架系统的性能评价指标31-32
• 2.3.2 被动悬架动力学模型32
• 2.3.3 半主动悬架动力学模型32-33
• 2.3.4 半主动悬架仿真模型33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 半主动悬架系统的模糊PID控制35-46
• 3.1 PID控制35-37
• 3.1.1 PID控制的基本原理35-36
• 3.1.2 PID控制器36-37
• 3.1.3 半主动悬架系统的PID控制37
• 3.2 模糊控制37-40
• 3.2.1 模糊集合38-39
• 3.2.2 模糊控制器的组成和设计39-40
• 3.3 半主动悬架系统模糊PID控制器的设计40-45
• 3.3.1 模糊PID控制器的控制原理40-41
• 3.3.2 汽车半主动悬架控制系统的模糊PID控制41-45
• 3.3.3 半主动悬架系统模糊PID控制的仿真模型45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 基于BP神经网络的磁流变阻尼器逆向模型46-56
• 4.1 神经网络概述46-47
• 4.2 BP神经网络理论47-50
• 4.2.1 BP神经网络的原理47-49
• 4.2.2 BP神经网络的基本操作49-50
• 4.3 采用BP神经网络建立磁流变阻尼器逆向模型50-55
• 4.3.1 逆向模型数据样本的采集和预处理50-51
• 4.3.2 BP网络的结构和参数的选择51-53
• 4.3.3 逆向神经网络模型的训练和测试53-55
• 4.4 磁流变阻尼器逆向模型在半主动悬架控制中的应用55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 汽车半主动悬架系统仿真分析56-64
• 5.1 随机白噪声路面输入时的仿真分析56-58
• 5.2 汽车驶过减速带时的仿真分析58-59
• 5.3 同一路面等级不同车速下的仿真分析59-61
• 5.4 不同路面等级相同车速下的仿真分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 结论64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文68-69
• 致谢69-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 陈无畏,孙骏;汽车半主动悬架的神经网络自适应PID控制[J];安徽工学院学报;1997年04期

2 夏品奇;基于系统识别理论的磁流变阻尼器模型[J];工程力学;2003年03期

3 刘奇,张平,王东亚,黄元龙;磁流变体(MRF)材料的制备及性能研究[J];功能材料;2001年03期

4 陈龙,江浩斌,周孔亢,刘飞;半主动悬架系统设计及控制[J];机械工程学报;2005年05期

5 徐晓美;郑燕萍;;汽车半主动悬架系统模糊控制仿真研究[J];科学技术与工程;2010年29期

6 丁永生,应浩,任立红,邵世煌;解析模糊控制理论:模糊控制系统的结构和稳定性分析[J];控制与决策;2000年02期

7 翁建生,胡海岩,张庙康;磁流变阻尼器的实验建模[J];振动工程学报;2000年04期

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1 王瑞;基于ADAMS与MATLAB的汽车半主动悬架系统的建模及仿真[D];西安工业大学;2014年

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本文编号：269137