基于磁流变阻尼器的半主动车辆座椅悬架研究

论文摘要

近年来,随着国民经济的飞速发展汽车早已成为人们不可或缺的交通工具。同时人们对汽车的舒适性和安全性也提出了更高的要求,其中座椅悬架是影响汽车安全性和舒适性的重要部件之一。采用能够根据车辆运行状态和路况进行实时控制的悬架是提高座椅的舒适性和安全性的重要途径之一。但是鉴于主动座椅悬架系统高昂的价格和被动座椅悬架性能的不足,由被动弹性元件或主动阻尼器构成的半主动座椅悬架越来越受到相关研究机构的关注。应用半主动座椅悬架系统的关键之一是具有可实时调节的阻尼器。实践证明：磁流变阻尼器根据磁流变液在外加磁场的作用下可以实现牛顿流体和粘塑性流体之间的转变,从而提供可控阻尼力,并具有结构简单、消耗功率小、实际应用价值等优点。因此,本文根据国内外研究现状,建立了七自由度的“人体-座椅-车辆”模型和利用该模型的半主动车辆磁流变座椅悬架系统。论文主要的研究工作包括以下四方面：（1）在综述了磁流变液和磁流变阻尼器等的研究现状基础上建立磁流变阻尼器的修正Bouc-Wen、修正双曲正切磁滞的力学模型,并通过仿真对比分析选择修正Bouc-Wen模型为磁流变阻尼器力学模型。（2）针对所研究的磁流变阻尼器半主动车辆座椅悬架系统提出了七自由度的“人体-座椅-车辆”模型,并建立其相应的动力学和数学模型。同时还建立基于白噪声的随机路面激励模型,并通过仿真分析验证该模型能够较好的模拟实际道路。（3）利用七自由度“人体-座椅-车辆”模型、随机路面激励模型、磁流变阻尼器力学模型建立半主动车辆座椅悬架模型,并设计了PID控制器、专家PID控制器、模糊控制器。（4）在Matlab/Simulink的仿真环境下,对于半主动车辆座椅悬架与被动座椅悬架进行仿真分析。仿真结果表明采用磁流变阻尼器半主动座椅悬架能较好的抑制座椅垂直方向上的振’动,并提高了座椅的舒适性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 车辆座椅悬架的研究现状
• 1.2.1 被动座椅悬架的研究现状
• 1.2.2 主动座椅悬架的研究现状
• 1.2.3 半主动座椅悬架的研究现状
• 1.3 磁流变阻尼器的国内外研究现状
• 1.3.1 磁流变阻尼器的研究现状
• 1.3.2 磁流变阻尼器力学模型的研究现状
• 1.3.3 磁流变阻尼器控制策略的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 磁流变材料及磁流变阻尼器
• 2.1 磁流变液
• 2.1.1 磁流变液的组成
• 2.1.2 磁流变液的流变机理
• 2.1.3 磁流变液的分析模型
• 2.2 磁流变阻尼器
• 2.2.1 磁流变阻尼器的工作原理及模式
• 2.2.2 磁流变阻尼器的力学模型
• 2.2.3 磁流变阻尼器力学模型仿真分析
• 2.3 磁流变弹性体
• 2.4 本章小结
• 3 路面激励和人体-车辆-座椅系统的数学模型
• 3.1 路面激励模型
• 3.1.1 路面不平度
• 3.1.2 空间频谱函数转化为时间频谱函数
• 3.1.3 线性滤波白噪声积分路面激励的建模
• 3.1.4 时间域内路面激励的仿真分析
• 3.2 人体振动
• 3.2.1 人体振动特性分析
• 3.2.2 振动对人体的影响
• 3.3 人体-座椅-车辆系统的动力学模型
• 3.3.1 人体动力学模型
• 3.3.2 座椅动力学模型
• 3.3.3 车辆动力学模型
• 3.3.4 人体-座椅-车辆动力学模型的建立
• 3.4 本章小结
• 4 半主动车辆座椅悬架系统的控制策略
• 4.1 PID控制策略
• 4.1.1 PID控制原理
• 4.1.2 PID控制器的设计
• 4.1.3 PID控制器参数整定
• 4.2 专家PID控制策略
• 4.2.1 专家PID控制原理
• 4.2.2 专家PID控制器的设计
• 4.2.3 专家PID控制器参数整定
• 4.3 模糊控制策略
• 4.3.1 模糊控制原理
• 4.3.2 模糊控制器设计的过程
• 4.3.3 半主动座椅悬架系统的模糊控制器设计
• 4.4 本章小结
• 5 半主动车辆座椅悬架系统的仿真分析
• 5.1 仿真环境
• 5.2 半主动PID控制下的磁流变阻尼器力学模型仿真分析
• 5.3 半主动车辆座椅悬架仿真模型的建立
• 5.4 半主动车辆座椅悬架仿真分析
• 5.4.1 PID控制与被动控制
• 5.4.2 专家PID控制与被动控制
• 5.4.3 模糊控制与被动控制
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢