基于磁流变阻尼器RC磁滞模型的1/4车辆半主动悬架控制方法研究

摘要

基于磁流变阻尼器的半主动悬架系统具有一定范围内阻尼连续可调、低功耗等特点，属于磁流变技术的创新应用领域，被寄予“革新汽车悬架系统”的厚望。然而，磁流变阻尼器力学模型精确度的不足会严重影响磁流变半主动悬架系统的控制性能。本文基于电阻-电容(Resistor-Capacitor,RC)磁滞模型来描述磁流变阻尼器的非线性磁滞特性。RC磁滞模型属于一种参数化模型，可根据试验结果对模型中的参数进行辨识，得到阻尼器的力学模型。RC磁滞模型和Bouc-Wen模型的参数辨识结果显示，RC磁滞模型在表征磁流变阻尼器磁滞特性时具有更高的准确性，并且在参数辨识和模型预测中降低了运算成本。试验数据和仿真数据的对比验证了RC磁滞模型在控制系统中的可行性。在此基础上，针对基于磁流变阻尼器的1/4车辆半主动悬架系统设计了一种基于状态反馈的线性二次型最优控制器。采用遗传算法对加权矩阵进行优化，该加权矩阵的选择使得车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷三者性能达到最优。线性二次型控制器中的控制输出是最优控制力，而在基于磁流变阻尼器的半主动控制系统中，其实际有效的可控输入量为励磁电流。因此，本文通过励磁电流的调节以实现需求控制力的跟踪控制。在跟踪控制中，本文考虑了磁流变阻尼器磁滞特性的影响，并通过基于模型的前馈控制策略实现了阻尼力的跟踪。为验证该控制策略的普遍适用性，文中仿真分析了平稳随机路面激励下和脉冲路面激励下的车身加速度、悬架动挠度以及车轮动载荷的时域和频域响应特性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 磁流变液以及磁流变阻尼器

1．2．1 磁流变液

1．2．2 磁流变阻尼器

1．2．3 磁流变阻尼器的工作模式

1．3 国内外研究现状

1．4 磁流变阻尼器力学描述模型简介

1．4．1 宾汉(Bingham)模型

1．4．2 非线性双黏性模型

1．4．3 Bouc-Wen模型

1．4．4 多项式模型

1．5 本文研究内容

2 磁流变阻尼器的磁滞非线性力学模拟

2．1 RC磁滞模型

2．1．1 RC充放电效应

2．1．2 RC磁滞模型原理及实现方法

2．2 磁流变阻尼器力学描述模型

2．2．1 基于RC磁滞模型的磁流变阻尼器力学描述模型

2．2．2 基于归一化Boue-Wen模型的磁流变阻尼器力学描述模型

2．3 模型辨识与预测

2．3．1 遗传算法简介

2．3．2 基于遗传算法的参数辨识

2．3．3 模型预测

2．4 本章小结

3 1／4车辆悬架系统建模与控制系统设计

3．1 1／4车辆悬架模型

3．2 基于状态反馈的线性二次型最优控制

3．2．1 线性二次型最优控制理论

3．2．2 悬架最优控制策略

3．3 控制策略可行性分析

3．3．1 非周期函数的频谱分析及频率特性

3．3．2 被动悬架频域分析

3．3．3 基于最优控制律的主动悬架频域分析

3．4 线性二次型调节器加权矩阵的优化

3．5 半主动实现方式——跟踪控制

3．6 本章小结

4 磁流变半主动悬架控制系统仿真分析

4．1 路面输入模型

4．1．1 随机路面的空间频率分布

4．1．2 随机路面的时间频率分布

4．2 平稳随机分布的路面重构方法

4．3 人体对振动的响应和平顺性评价标准

4．3．1 人体对振动的响应

4．3．2 平顺性评价指标和评价方法

4．4 平稳随机路面激励下的半主动悬架系统仿真

4．5．1 路面脉冲激励数学建模

4．5．2 路面脉冲激励下的仿真结果

4．6 本章小结

5 总结和展望

5．1 全文总结

5．2 内容展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况