汽车磁流变半主动悬架的智能控制方法研究
随着国家科学技术的进步和人们生活质量的日渐提高，汽车也逐渐成为人们日常生活中基础的交通工具，科技的发展和变革也使得如今的汽车性能更优、性价比也更高，因此，人们已经从原来的关注汽车的耐用性到了更多关注的是汽车的舒适性和安全性。悬架系统是汽车组成结构中最重要的一部分，直接关系着汽车在道路上行驶的性能。被动悬架的弹簧刚度和阻尼系数都是事先设计时设定好的不可改变，无法根据汽车的行驶状态而调节，主动悬架可以根据外部工况调节阻尼而改善悬架的性能，但是它的结构复杂，制造成本高，而半主动悬架的结构与被动悬架纯机械结构一样简单，其功能的实现却与主动悬架的相似，同样可以实现阻尼调节并且成本低廉，性能稳定，已然成为整个行业的研究热点。 磁流变阻尼器是由特殊的智能材料液体制成的一种系数可以调节的阻尼器，因为结构简单、反应灵敏、能量损耗低的特点被广泛使用在悬架系统中。在实际的应用中，先由系统控制器的控制算法根据系统响应就算出需要的控制力，再由阻尼器来产生，因此悬架系统的控制算法也是悬架设计的关键。模糊PID控制算法非常适合在汽车悬架控制中使用，它兼备了PID控制算法简单、参数便于调节和模糊控制算法方便灵活、对绝大多数系统都适用的特点，在悬架减振性能控制中发挥了明显的作用。 本文主要以使用磁流变阻尼器作执行器的半主动悬架系统为研究对象，以改善汽车的平顺性和稳定性为目的，分别对磁流变阻尼器和汽车悬架系统建立模型，并对悬架模型进行模糊PID控制，通过将基于BP神经网络的磁流变阻尼器的逆向模型与模糊PID控制器形成闭环反馈来实现对汽车悬架的半主动控制并提高悬架系统的对路面激励的减振性能。由于本文研究重点侧重于对汽车平顺性和稳定性的改善，所以首先建立一个二自由度四分之一车的悬架模型和磁流变阻尼器的动力学模型;其次，确定模糊PID控制器的输入输出，根据模糊控制算法的原理，模糊控制器的输入为车身的垂向速度和加速度，输出为PID控制器的三个参数，而模糊PID控制器的输出为半主动悬架的可调阻尼力，并利用MATLAB软件中的模糊控制箱来实现悬架系统的模糊控制PID控制算法;然后选择具有强大学习能力和能够对非线性函进行逼近的BP神经网络技术来建立磁流变阻尼器逆向特性模型，预测出阻尼器可以产生与控制器计算出的控制力接近的阻尼力所需要的控制电流;最后，将悬架系统、模糊PID控制器和阻尼器的逆向模型形成闭环控制系统来实现对悬架的半主动控制，并对其进行仿真和分析:1）当路面激励为随机路面输入和冲击路面输入时，对被动悬架、PID控制的半主动悬架和模糊PID控制的半主动悬架进行仿真和对比，仿真结果表明模糊PID控制的汽车磁流变半主动悬架的平顺性和稳定性都要优于PID控制的悬架和被动悬架;2）当输入路面激励为同一路面等级不同车速和相同车速不同路面等级时进行仿真，验证了所设计模糊PID控制的磁流变半主动悬架具有一定的有效性。 综上所述，采用磁流变阻尼器可以有效实现汽车悬架系统的半主动控制，并且模糊PID控制方法能够有效提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性，相比于被动、和PID控制有一定的有效性和优越性。
汽车悬挂系统;半主动悬架;磁流变阻尼器;模糊PID控制;BP神经网络;智能控制
西安工业大学
硕士
控制理论与控制工程
郭全民
2015
中文
TP273.4;U463.33
70
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）