磁流變懸架全車測控系統(tǒng)的建模與控制

磁流變懸架全車測控系統(tǒng)的建模與控制

0半主動懸架系統(tǒng)應(yīng)用分析隨著科學技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對汽車的乘坐舒適度和運營穩(wěn)定性有了更高的要求。傳統(tǒng)汽車懸架是一種被動減振系統(tǒng),不能適應(yīng)行駛工況的變化和任意道路激勵。半主動懸架只需要輸入少量能量就可以調(diào)節(jié)懸架的阻尼,且減振效果較接近主動懸架,近年來受到了汽車界的廣泛關(guān)注。磁流變減振器為半主動懸架的實現(xiàn)提供了一種新途徑,它通過改變驅(qū)動電流大小來調(diào)節(jié)減振器中線圈產(chǎn)生的磁場強弱,從而調(diào)節(jié)阻尼力大小,與其他類型的可控減振器相比,具有響應(yīng)速度快、功耗低和調(diào)節(jié)范圍大等特點目前,國外把磁流變懸架系統(tǒng)用于實車路試的還不多見,成熟用于商業(yè)化的產(chǎn)品還沒有1磁流變減振器特性磁流變減振器是汽車磁流變懸架的關(guān)鍵部件,是控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器,經(jīng)理論推導和對自行研制的某微型汽車磁流變器減振器在MTS8701上的試驗測試,其阻尼力F與活塞運動速度v、勵磁電流I的關(guān)系可以表述為式中Ca,b,c—常數(shù),a≠0可以認為磁流變減振器的阻尼力由粘滯阻尼力C2分類模糊控制器的設(shè)計2.1等效地棚阻尼力模型乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性是汽車兩大重要性能指標。經(jīng)典的天棚阻尼控制策略以抑制簧載質(zhì)量的振動、提高汽車乘坐舒適性為目的,理想的天棚阻尼力為(3)式中F—簧載質(zhì)量的垂直振動速度但天棚阻尼是理想的模型,在磁流變懸架中采用等效的方法使F式中F地棚阻尼控制策略以抑制非簧載質(zhì)量的振動,提高汽車操縱穩(wěn)定性為目的,理想的地棚阻尼力為式中Fc但地棚阻尼也是一個理想的模型,可采用等效的方法使F混合阻尼控制策略2.2汽車垂直振動的控制規(guī)則汽車懸架系統(tǒng)非常復雜,其振動具有非線性和時變性,采用經(jīng)典控制方法或集中控制是非常困難的,且難以收到很好的效果。模糊控制是智能控制的一個分支,它非常適合于參數(shù)具有時變性、過程具有非線性、強耦合特點,且難以建立精確數(shù)學模型的控制場合。許多學者用它在汽車懸架振動控制中做了探索和研究。對采用獨立懸架的汽車的垂直振動進行控制,從簡化和方便研究的角度來說,可用2自由度的1/4車磁流變半主動懸架模型,相應(yīng)的模糊控制系統(tǒng)如圖1所示。車身速度(v輸入變量(v輸出變量F相應(yīng)的模糊子集為O模糊控制規(guī)則由表1和表2兩部分組成。表1體現(xiàn)了天棚阻尼控制的思想,通過降低車身振動,提高汽車平順性;表2體現(xiàn)了地棚阻尼控制的思想,通過降低車軸振動來抑制車輪跳動,提高汽車操縱穩(wěn)定性。模糊推理采用MAMDANI推理法,根據(jù)表1的規(guī)則進行如下推理根據(jù)表2的規(guī)則進行如下推理由表2各條規(guī)則推理得到控制量為非模糊化采用Min-Max重心法,根據(jù)對汽車乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性關(guān)注程度的不同,用調(diào)節(jié)因子α將兩個規(guī)則集確定的輸出加權(quán),得到控制器最后輸出式中K利用式(2)對控制器輸出F進行轉(zhuǎn)換,可得驅(qū)動電流值。在1/4車磁流變懸架控制系統(tǒng)仿真平臺上,對模糊智能控制作了計算機仿真計算,結(jié)果表明能夠不同程度地提高汽車乘坐舒適性和輪胎接地性2.3智能控制與振動控制對于采用獨立懸架的汽車,可以把針對單只懸架設(shè)計的模糊智能控制器分別用于全車4只懸架,進行獨立控制。實際上,汽車各懸架之間的輸入和響應(yīng)是有一定耦合的,為了減小因模型的簡化和獨立控制給整個控制系統(tǒng)帶來的影響,有必要探討一種分級遞階的智能控制來協(xié)調(diào)汽車4只懸架間的振動控制,見圖4。運行控制級由4個局部模糊控制器組成,分別控制4只獨立的磁流變懸架的振動。協(xié)調(diào)級由1個協(xié)調(diào)器構(gòu)成,根據(jù)參數(shù)識別手段檢測整車振動情況,對4個局部模糊控制器的輸出進行在線調(diào)整,使四只懸架上方簧載質(zhì)量的垂直振動速度盡可能得到同時抑制,在改善整車平順性的同時兼顧提高操縱穩(wěn)定性,以適應(yīng)實際行駛中汽車變化的工況。下面建立協(xié)調(diào)控制規(guī)則,先定義俯仰角加速度和側(cè)傾角加速度:①俯仰角加速度:(1)規(guī)則一根據(jù)v(2)規(guī)則二(a>0)1)如果2)如果|v(3)規(guī)則三(k1)如果2)如果3)如果4)如果5)如果,那么,l3汽車半載試驗為測試磁流變半主動懸架系統(tǒng)的減振控制效果,設(shè)計了全車振動的分級模糊控制軟件,用自行研制的4只磁流變減振器替換了原被動減振器,搭建了全車振動測控系統(tǒng)參照GB/T4970-1996《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》,要求道路平直,縱坡不大于1%,路面干燥,不平度應(yīng)均勻無突變,長度不小于3km。在沒有專用試車道路的情況下,選擇接近B級路面的水泥路作為試驗道路,以40km/h,60km/h兩種行駛速度進行了汽車半載的平順性隨機輸入試驗。作為對比,該車在未改裝減振器前也在相同條件下進行了測試。試驗結(jié)果評價標準參照ISO2631,取座椅處加速度的總加權(quán)方均根值、車廂底板及車軸上的加速度方均根值來評價。圖5是由測試結(jié)果計算后得到的60km/h加速度功率譜。從圖5a、5b可以看到,分級模糊控制有效地抑制了汽車簧載質(zhì)量(車身)垂直振動加速度的一階共振峰幅值,明顯地降低了4.0～12.5Hz頻段范圍內(nèi)的加速度值,在高頻段(13Hz以上)仍有一定效果。從圖5c、5d可見,汽車非簧載質(zhì)量(車軸)垂直振動加速度在一、二階共振峰附近有較好的控制效果。由圖5e可見,駕駛員座椅處的垂直振動加速度在一階共振峰及附近有非常明顯的控制效果,在人體4.0～12.5Hz敏感頻段范圍內(nèi)有較好效果。根據(jù)各測點計算得到的加速度方均根見表3。從表3中可以看出,相對于同等條件下的被動懸架來說,采用分級模糊控制的4只磁流變懸架垂直振動的加速度方均根值都得到了有效抑制,且左右兩側(cè)懸架振動差異很小。4道路試驗驗證(1)相對于被動懸架,磁流變懸架明顯地抑制了汽車垂直振動,這證明磁流變減振器是一種非常有應(yīng)用前景的可控阻尼執(zhí)行器。(2)混合阻尼控制策略與模糊智能控制策略相結(jié)合,設(shè)計的1/4車輛磁流變懸架系統(tǒng)控制器能夠使汽車在獲得良好舒適性的同時,提高輪胎接地性和操縱穩(wěn)定性。(3)道路試驗結(jié)果表明,把1/4車模型的振動控制策略用于全車四個磁流變懸架獨立控制后,再加上