关键词：汽车半主动悬架;;磁流变阻尼器;;逆模型;;协调控制;;遗传算法;;神经网络;;模糊PID控制
摘 要：汽车悬架是车身与车轮之间的传力装置,用来缓冲路面冲击、衰减由于路面不平引起的车身振动等,是保证乘客乘坐舒适和汽车行驶安全的关键。汽车磁流变半主动悬架利用磁流变控制技术实现了阻尼实时连续可调,抑制汽车各方向及其之间相互耦合的振动,改善了汽车乘坐舒适性和操纵稳定性,且具有结构简单,可控性强、能耗低、绿色环保等优点。本文以汽车磁流变半主动悬架为研究对象,采用理论分析、试验与数值仿真相结合的方法,重点对半主动悬架系统控制中的磁流变阻尼器逆模型、汽车悬架控制器、汽车悬架状态检测、整车协调控制策略等关键问题进行研究。针对磁流变阻尼器存在较强的非线性和滞回特性的现象,通过试验研究和模型参数识别,建立了Bouc-Wen现象模型正向动力学模型,由输入电流和阻尼器活塞之间的相对位移来确定阻尼力;为了实现半主动悬架控制系统的闭环控制,建立了磁流变阻尼器的BP神经网络逆模型并通过遗传算法进行优化,实现了由期望的阻尼力反求控制电流,解决了执行器的控制的问题。依据路面变化对汽车振动的影响,建立了连续振动路面及冲击路面两类典型输入的时域模型。针对不同的研究目的建立了磁流变阻尼可控的二自由度1/4车、四自由度1/2车及七自由度整车的半主动悬架动力学模型。针对汽车半主动悬架模糊PID控制方法中模糊规则过度依赖专家经验的缺点,使用遗传算法对模糊控制规则进行优化。通过二自由度1/4车半主动悬架在不同工况下的仿真试验,验证了所提出的复合控制策略对汽车垂向振动的减振效果;四自由度1/2车半主动悬架的仿真试验进一步验证了其对车身垂向振动、俯仰(或侧倾)运动以及垂向与俯仰(或侧倾)耦合振动的减振效果。为了获取汽车悬架参数的状态值,通过合理布置传感器,设计了一种汽车悬架状态检测系统,并根据汽车悬架的状态值与传感器的观测值建立了状态方程与观测方程,采用离散扩展卡尔曼滤波估计算法对汽车半主动悬架的动挠度、轮胎动载荷及车体的垂向、俯仰、侧倾等性能参数进行估计,试验结果表明,提出的估计方法可实现汽车悬架状态参数的实时、有效估计。为了提高对车身三个方向振动及其耦合振动的控制,以及实现中性转向,设计了带力协调器的整车协调控制策略和转向控制策略,实现将车身3个方向的期望调节力协调分配至四个磁流变阻尼器。连续振动路面输入和冲击路面输入下的整车仿真试验结果及分析表明,相比于未引入力协调器的半主动悬架,整车协调控制的汽车磁流变半主动悬架系统具有更好的平顺性和操纵稳定性。同一路面下随车速增大,半主动悬架性能指标的改善效果越明显;但悬架性能随着车速增大而恶化,不利于汽车平稳行驶,故仍需合理控制车速。不同等级路面相同车速下,路面等级的变化对悬架性能指标有一定的的影响,但相对于车速对悬架性能的影响而言,其影响较小。
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