基于磁流变阻尼器的车辆半主动控制

论文摘要

悬架是影响车辆性能的关键部件,采用能够根据路面情况和车辆运行状态进行实时控制的智能悬架是提高车辆的平顺性和安全性的一条重要途径。磁流变半主动悬架利用磁流变技术实现了阻尼实时控制,具有优良的可控性、很宽的动态范围、较高的响应速度、很低的功耗、相对简单的结构,已成为目前智能悬架领域的研究热点,备受青睐。本文应用理论分析、数值仿真的方法,对磁流变阻尼器的动态特性、车辆磁流变半主动悬架的动力学特性、半主动悬架控制策略以及控制系统设计进行了研究。具体工作包括以下几方面:(1)阐述了智能悬架研究的重要意义,回顾了智能悬架研究的历史和进展,综述了磁流变液、磁流变阻尼器和车辆磁流变半主动悬架的研究现状和存在的问题,针对车辆磁流变半主动悬架目前存在的问题提出了本文将要开展的主要工作。(2)针对车辆悬架系统的非线性,本论文以车辆半主动悬架智能控制为研究对象,基于磁流变阻尼器模型和二自由度四分之一车辆悬架模型,建立了磁流变半主动悬架模型,设计了用于车辆半主动悬架的微分几何控制器和模糊控制器,并利用Matlab软件及相应的工具箱建立了磁流变半主动悬架仿真系统,通过数值仿真分析了采用以上控制策略后磁流变半主动悬架时域响应,最后根据控制效果对两种控制策略进行了比较和评价。(3)通过与开关型阻尼控制的仿真结果进行的比较,表明这两种针对具有非线性特征的半主动悬架的非线性控制方法是可行的。通过功率谱分析,控制后系统的能量比开关型半主动悬架更趋于平均,悬架动态性能更稳定。(4)将两种非线性控制方法的仿真结果进行分析比较表明:经模糊控制控制的悬架冲击响应小、振动强度低,比微分几何控制能获得更优异的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 车辆悬架系统概述
• 1.1.2 车辆悬架系统的分类与特性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外半主动悬架的应用情况
• 1.2.2 国内半主动悬挂在铁道车辆的研究与应用
• 1.2.3 磁流变阻尼器在车辆半主动悬架中的研究与应用
• 1.2.4 半主动悬架研究方面目前存在的主要问题
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的研究方法
• 1.3.3 本文的创新性
• 第2章 磁流变阻尼器建模与计算
• 2.1 磁流变液
• 2.1.1 磁流变液及其研究概况
• 2.1.2 磁流变效应
• 2.1.3 磁流变液的流变机理
• 2.1.4 磁流变液性能
• 2.1.5 磁流变液的组成成分
• 2.2 磁流变阻尼器
• 2.2.1 磁流变阻尼器的工作模式与分类
• 2.2.2 磁流变阻尼器的性能特点
• 2.3 磁流变阻尼器建模
• 2.3.1 磁流变液本构关系
• 2.3.2 磁流变阻尼器的阻尼力计算模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 车辆悬挂系统动力学建模
• 3.1 路面不平度的功率谱及输入模型
• 3.1.1 路面不平度的功率谱
• 3.1.2 空间频率谱密度和时间频率谱密度折算
• 3.1.3 路面模型的建立与仿真
• 3.2 非线性弹簧
• 3.3 开关阻尼型半主动悬架建模
• 3.4 磁流变阻尼器驱动的1/4车辆悬架模型的描述
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制器设计与仿真
• 4.1 半主动悬挂系统
• 4.2 加压方式
• 4.3 电流驱动器
• 4.4 基于微分几何理论的车辆半主动悬架非线性振动控制
• 4.4.1 微分几何理论基础
• 4.4.2 状态线性化方法
• 4.4.3 半主动悬架的状态线性化
• 4.4.4 线性系统的最优控制
• 4.5 基于模糊控制的车辆半主动悬架非线性振动控制
• 4.5.1 模糊控制基本原理和算法流程
• 4.5.2 磁流变半主动悬架模糊控制器设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 控制效果的分析
• 5.1 车身加速度比较
• 5.2 悬架动扰度的比较
• 5.3 车轮动载荷的比较
• 5.4 基于MRD半主动悬架的阻尼控制力与控制电流
• 5.5 车身垂直加速度功率谱密度的比较
• 5.6 定量分析
• 5.7 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文