磁流变阻尼器在车辆半主动悬架中的控制应用研究
发布时间：2021-08-28 21:04
悬架系统的目标是改善车辆行驶时的道路保持性,其设计的主要问题是设计人员必须处理好相互矛盾的指标,也就是车辆应具有良好的舒适性和操纵性。磁流变阻尼器由于工作输出范围大、反应时间快和价格低廉等优点被认为是最适合应用于半主动悬架中的工作元件选择。所以,建立准确的模型和设计出有效的控制策略对车辆的半主动控制具有较强的现实意义。由于磁流变阻尼器的强非线性和迟滞性,为磁流变阻尼器半主动悬架的建模和控制策略的设计带来了很大的困难,所以主要针对这两个问题进行了建模和数值分析。对Lord公司的磁流变阻尼器进行了标定实验,分析了磁流变阻尼器的非线性和迟滞性。采用物理意义明确、结构简单的Dahl模型并进行了参数拟合,随后验证了所建立参数化模型的正确性。采用BP神经网络对Dahl模型进行了非线性拟合,建立了磁流变阻尼器的神经网络逆模型并进行了数据验证和泛化性验证。建立了四分之一半主动悬架和被动悬架的仿真模型和状态空间方程作为研究的基础,采用白噪声法建立了随机路面的时域模型作为悬架系统的激励输入模型。为磁流变阻尼器半主动悬架的最优控制器设计提供了理论准备。选取车身加速度、悬架行车和轮胎变形作为车辆的性能指标,建...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬架结构图
第1章绪论-3-悬架将车身与车轮分离，将车辆受到的路面颠簸、空气阻力和制动力在部件间进行传递，为车辆提供良好的乘坐舒适性与稳定性。如图1所示，它一般由转向机构、减振器、弹性元件组成。影响汽车安全性的主要原因是车辆的行驶情况，所以悬架的作用之一就是保证汽车能够行驶在路面上，除了保证轮胎与道路的接触，车辆还需要良好的驱动和制动性能，在行驶时会有一些不必要的纵向或横向的加速度，导致驾驶时感到不舒服，轮胎可能因此失去对抓地力。另外，轮胎的接触应力都在车辆和道路之间传递，这对行驶时的安全性带来不利的影响，尤其对大吨位的卡车和火车来说，车辆发生大的振动也会对路面产生破坏。所以，悬架系统不仅需要吸收路面颠簸带来的振动，给乘客带来舒适，还需要减少路面与车辆之间的载荷传递，还减少对路面的损坏。弹簧和减振器是悬架系统的重要组成部分，弹簧用来隔离路面与底盘之间的激振，吸收激振能量，减振器是通过机械或者液体摩擦把能量消耗掉。舒适性与稳定性的关系如图2所示，当弹簧承受载荷并传递一个关于悬架挠度的力时，阻尼器就要提供阻尼力将非线性的力抵消掉。所以如果需要提升悬架的舒适性就要使悬架变软，减小车身的加速度，想要提升悬架的稳定性就要使悬架变硬，增强轮胎与地面的保持能力，这两个互相矛盾的指标是设计好悬架的关键。图2悬架指标关系Fig.2Suspensionindexrelationship悬架系统根据车辆行驶时悬架系统的性能分为[2]被动悬架、半主动悬架和主动悬架，图3为三种悬架的简化模型。乘坐舒适性操作稳定性软阻尼硬阻尼
华北理工大学硕士学位论文-4-（a）被动悬架（b）主动悬架（c）半主动悬架图3三种悬架的简化模型Fig.3Simplifiedmodelofthreesuspensions如图3（a）所示，被动悬架由弹簧和阻尼组成。它的阻尼具有固定的弹簧刚度和阻尼系数，被动悬架简单低价，可以在一定的速度和频率下提供良好的乘坐舒适性。但它由于自身的局限性，还是有一些缺点，那就是弹簧刚度和阻尼器系数一旦确定，就无法实时的根据车身情况进行调节。如图3（b）所示，主动悬架可以根据车辆的运动状态、车身参数和环境的变化，在线调节悬架的阻尼系数，系统采用作动器在外部对车身施加恢复力，从而更好地提供舒适性和车辆的可控性。主动悬架由执行器、控制系统、外部电源等复杂的设备组成。作动器向系统传输能量或者削弱系统的能量，从而输出力或者力矩减轻车辆的振动，需要极高的成本，因此只用于高级昂贵的车辆。如图3（c）所示是半主动悬架，它结合了被动悬架和主动悬架的优点，与被动悬架的相似之处是都由弹簧和阻尼组成，只是半主动悬架的阻尼是连续可调的，多采用磁流变阻尼器，在外加磁场的作用下，悬架的阻尼系数发生变化，这使得半主动悬架的需要的能量远低于主动悬架，半主动悬架大多数情况下以毫秒为单位发生变化，这使半主动控制的悬架成为控制簧载质量和非簧载质量动力学性能的理想选择。与被动悬架相比，半主动悬架具有更好地平顺性和可调性，与主动悬架相比，它更加经济，结构更简单。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变减振器魔术公式模型在悬架控制中的应用[J]. 张丽霞,庞齐齐,潘福全,葛小菡,林炳钦,何一超,危银涛,杜永昌. 中国机械工程. 2020(14)
[2]基于遗传算法的汽车主动悬架LQR控制研究[J]. 许伟,高远. 计算机与数字工程. 2019(09)
[3]基于Bingham模型的磁流变阻尼器模型改进研究[J]. 祝世兴,郝新琛. 机床与液压. 2019(17)
[4]浅析磁流变阻尼器在液压电梯中的应用[J]. 黄旭,王德山,张光源. 科学技术创新. 2019(25)
[5]基于遗传算法的主动悬架最优控制研究[J]. 谢伟,赵波,蒋培露. 农业装备与车辆工程. 2019(08)
[6]采用改进神经网络PID控制的车辆悬架振动仿真研究[J]. 孙亮. 井冈山大学学报(自然科学版). 2019(04)
[7]基于微分几何法的主动悬架鲁棒H∞控制[J]. 李武杰,陈从根,郭立新. 东北大学学报(自然科学版). 2019(05)
[8]基于改进型RBF神经网络的磁流变阻尼器动力学建模及仿真[J]. 周勇,冯志敏,刘小锋,周航,胡敏. 船舶工程. 2019(04)
[9]基于Simulink的主动悬架模糊控制策略分析[J]. 郑玉强,张航星,任文涛,张潮,李涛. 机械工程与自动化. 2019(02)
[10]考虑系统不确定性的车辆主动悬架自适应模糊滑模控制[J]. 庞辉,梁军,王建平,刘凡. 振动与冲击. 2018(15)
硕士论文
[1]基于磁流变阻尼器的汽车半主动座椅悬架研究[D]. 张猛.长安大学 2015
本文编号：3369243
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
悬架结构图
第1章绪论-3-悬架将车身与车轮分离，将车辆受到的路面颠簸、空气阻力和制动力在部件间进行传递，为车辆提供良好的乘坐舒适性与稳定性。如图1所示，它一般由转向机构、减振器、弹性元件组成。影响汽车安全性的主要原因是车辆的行驶情况，所以悬架的作用之一就是保证汽车能够行驶在路面上，除了保证轮胎与道路的接触，车辆还需要良好的驱动和制动性能，在行驶时会有一些不必要的纵向或横向的加速度，导致驾驶时感到不舒服，轮胎可能因此失去对抓地力。另外，轮胎的接触应力都在车辆和道路之间传递，这对行驶时的安全性带来不利的影响，尤其对大吨位的卡车和火车来说，车辆发生大的振动也会对路面产生破坏。所以，悬架系统不仅需要吸收路面颠簸带来的振动，给乘客带来舒适，还需要减少路面与车辆之间的载荷传递，还减少对路面的损坏。弹簧和减振器是悬架系统的重要组成部分，弹簧用来隔离路面与底盘之间的激振，吸收激振能量，减振器是通过机械或者液体摩擦把能量消耗掉。舒适性与稳定性的关系如图2所示，当弹簧承受载荷并传递一个关于悬架挠度的力时，阻尼器就要提供阻尼力将非线性的力抵消掉。所以如果需要提升悬架的舒适性就要使悬架变软，减小车身的加速度，想要提升悬架的稳定性就要使悬架变硬，增强轮胎与地面的保持能力，这两个互相矛盾的指标是设计好悬架的关键。图2悬架指标关系Fig.2Suspensionindexrelationship悬架系统根据车辆行驶时悬架系统的性能分为[2]被动悬架、半主动悬架和主动悬架，图3为三种悬架的简化模型。乘坐舒适性操作稳定性软阻尼硬阻尼
华北理工大学硕士学位论文-4-（a）被动悬架（b）主动悬架（c）半主动悬架图3三种悬架的简化模型Fig.3Simplifiedmodelofthreesuspensions如图3（a）所示，被动悬架由弹簧和阻尼组成。它的阻尼具有固定的弹簧刚度和阻尼系数，被动悬架简单低价，可以在一定的速度和频率下提供良好的乘坐舒适性。但它由于自身的局限性，还是有一些缺点，那就是弹簧刚度和阻尼器系数一旦确定，就无法实时的根据车身情况进行调节。如图3（b）所示，主动悬架可以根据车辆的运动状态、车身参数和环境的变化，在线调节悬架的阻尼系数，系统采用作动器在外部对车身施加恢复力，从而更好地提供舒适性和车辆的可控性。主动悬架由执行器、控制系统、外部电源等复杂的设备组成。作动器向系统传输能量或者削弱系统的能量，从而输出力或者力矩减轻车辆的振动，需要极高的成本，因此只用于高级昂贵的车辆。如图3（c）所示是半主动悬架，它结合了被动悬架和主动悬架的优点，与被动悬架的相似之处是都由弹簧和阻尼组成，只是半主动悬架的阻尼是连续可调的，多采用磁流变阻尼器，在外加磁场的作用下，悬架的阻尼系数发生变化，这使得半主动悬架的需要的能量远低于主动悬架，半主动悬架大多数情况下以毫秒为单位发生变化，这使半主动控制的悬架成为控制簧载质量和非簧载质量动力学性能的理想选择。与被动悬架相比，半主动悬架具有更好地平顺性和可调性，与主动悬架相比，它更加经济，结构更简单。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变减振器魔术公式模型在悬架控制中的应用[J]. 张丽霞,庞齐齐,潘福全,葛小菡,林炳钦,何一超,危银涛,杜永昌. 中国机械工程. 2020(14)
[2]基于遗传算法的汽车主动悬架LQR控制研究[J]. 许伟,高远. 计算机与数字工程. 2019(09)
[3]基于Bingham模型的磁流变阻尼器模型改进研究[J]. 祝世兴,郝新琛. 机床与液压. 2019(17)
[4]浅析磁流变阻尼器在液压电梯中的应用[J]. 黄旭,王德山,张光源. 科学技术创新. 2019(25)
[5]基于遗传算法的主动悬架最优控制研究[J]. 谢伟,赵波,蒋培露. 农业装备与车辆工程. 2019(08)
[6]采用改进神经网络PID控制的车辆悬架振动仿真研究[J]. 孙亮. 井冈山大学学报(自然科学版). 2019(04)
[7]基于微分几何法的主动悬架鲁棒H∞控制[J]. 李武杰,陈从根,郭立新. 东北大学学报(自然科学版). 2019(05)
[8]基于改进型RBF神经网络的磁流变阻尼器动力学建模及仿真[J]. 周勇,冯志敏,刘小锋,周航,胡敏. 船舶工程. 2019(04)
[9]基于Simulink的主动悬架模糊控制策略分析[J]. 郑玉强,张航星,任文涛,张潮,李涛. 机械工程与自动化. 2019(02)
[10]考虑系统不确定性的车辆主动悬架自适应模糊滑模控制[J]. 庞辉,梁军,王建平,刘凡. 振动与冲击. 2018(15)
硕士论文
[1]基于磁流变阻尼器的汽车半主动座椅悬架研究[D]. 张猛.长安大学 2015
本文编号：3369243
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