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汽车磁流变半主动悬架系统的设计及控制研究

作　者: 刘梦安
导　师: 李翔晟
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 半主动悬架磁流变减振器结构设计智能控制仿真
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

汽车乘坐舒适性和操纵稳定性越来越受到人们的关注,这两项指标与悬架性能有着密切的关系。传统被动悬架已经不能满足人们对汽车的要求,而半主动悬架由于其可以实现阻尼的可调性,能更好的满足汽车的行驶要求,与主动悬架相比,具有结构简单、成本低廉等优点,因此,成为了现在学者们研究的热点。本文研究的磁流变半主动悬架利用磁流变液的流变效应,对减振器的阻尼力实施控制,能量消耗较低,可靠性高,在一定的控制策略下具有与主动悬架相近的特性。它是一种高性能、半主动控制系统,它可根据监测车身和车轮运动状况的传感器所输入的信息,对路况和驾驶环境作出实时响应,提供快速、平顺和连续可变的阻尼力,来减少车身振动并增加轮胎与各种路面之间的附着力。磁流变减振器在汽车悬架的半主动控制中有着巨大的应用价值,研究汽车磁流变半主动悬架对于提高汽车的总体性能具有十分重要的意义。在结构设计方面,本文以磁流变减振器为研究对象,介绍磁流变减振器的磁路设计,并结合现有汽车液压筒式减振器的结构和工作特点,对磁流变减振器的工作缸、充气腔、有效长度等参数进行了计算和选择,从而完成对悬架的整体设计。在控制研究方面,本文选择某微型车为参照车型,首先运用汽车动力学理论建立了1/4汽车半主动悬架控制系统动力学模型,然后在熟悉天棚阻尼控制算法、模糊控制算法、模糊PID控制算法的基础上,分别设计了天棚阻尼控制器、模糊控制器、模糊PID控制器。车辆在不同路面输入谱和不同行驶速度下,运用Matlab/Simulink软件对磁流变半主动悬架进行了仿真研究,仿真结果表明,结合相应的控制算法,采用磁流变阻尼器的半主动悬架系统有效地改善了汽车乘坐舒适性和操纵稳定性。通过对簧载质量加速度、悬架动挠度及轮胎动载荷三个指标进行对比分析,模糊PID控制器相对于天棚阻尼控制器和模糊控制器有更好的控制效果,能有效的改善车辆动态性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-21
  1.1 汽车悬架的发展  10-16
    1.1.1 汽车悬架简述  10-12
    1.1.2 半主动悬架的研究现状  12-13
    1.1.3 磁流变半主动悬架的研究现状  13-16
  1.2 汽车悬架控制简介  16-18
  1.3 磁流变液基本理论  18-20
    1.3.1 磁流变液和磁流变效应  18-19
    1.3.2 磁流变液的研究进展  19
    1.3.3 目前存在的主要问题  19-20
  1.4 论文研究的主要内容  20-21
2 磁流变半主动悬架系统的设计  21-33
  2.1 悬架系统的磁路设计  21-25
    2.1.1 磁路欧姆定律  21-22
    2.1.2 磁流变减振器的磁路设计  22-24
    2.1.3 剪切阀式磁流变减振器的磁路设计  24-25
    2.1.4 磁漏  25
  2.2 磁流变减振器结构的设计  25-28
    2.2.1 结构参数的选择  25-27
    2.2.2 参数设计的选取  27
    2.2.3 活塞、活塞杆和缸筒材料的选取  27-28
    2.2.4 励磁线圈的设计  28
    2.2.5 各部件之间的连接  28
  2.3 磁流变减振器的参数计算  28-32
    2.3.1 工作缸  28-29
    2.3.2 充气腔  29
    2.3.3 活塞和活塞杆  29-30
    2.3.4 活塞行程的确定  30
    2.3.5 有效长度  30
    2.3.6 线圈匝数  30-31
    2.3.7 减振器液  31
    2.3.8 减振器连接型式  31-32
  2.4 弹性元件与横向稳定器的选择  32
  2.5 本章小结  32-33
3 汽车悬架动力学分析  33-38
  3.1 汽车动力学发展趋势  33-34
  3.2 汽车悬架的动力学模型  34-35
  3.3 外部输入对悬架性能的影响  35-36
    3.3.1 行驶速度对悬架性能的影响  35-36
    3.3.2 路面输入对悬架性能的影响  36
  3.4 悬架参数对悬架性能的影响  36-37
    3.4.1 弹簧刚度对悬架性能的影响  36-37
    3.4.2 减振器阻尼系数对悬架性能的影响  37
    3.4.3 簧载质量对悬架性能的影响  37
  3.5 本章小结  37-38
4 汽车磁流变半主动悬架的模型  38-45
  4.1 汽车悬架系统的评价指标  38-39
    4.1.1 簧载质量加速度  38
    4.1.2 悬架动挠度  38-39
    4.1.3 轮胎动载荷  39
  4.2 路面不平度的功率谱  39-40
  4.3 汽车悬架的动力学模型  40-44
    4.3.1 汽车振动系统的简化  40-42
    4.3.2 被动悬架的动力学模型  42-43
    4.3.3 半主动悬架的动力学模型  43-44
  4.4 本章小结  44-45
5 磁流变半主动悬架控制策略研究  45-72
  5.1 磁流变半主动悬架模型的建立  45-46
  5.2 天棚阻尼控制  46-52
    5.2.1 天棚阻尼控制器模型  46-47
    5.2.2 路面模型的建立及仿真  47-48
    5.2.3 天棚阻尼控制器的设计  48
    5.2.4 计算机仿真及结果分析  48-52
  5.3 模糊控制  52-60
    5.3.1 模糊控制的原理和算法  52-53
    5.3.2 模糊控制器的设计  53-55
    5.3.3 计算机仿真及结果分析  55-60
  5.4 模糊PID控制  60-67
    5.4.1 F-PID复合控制器  60
    5.4.2 用于模糊控制器调节PID控制器的参数  60-61
    5.4.3 模糊PID控制器的设计  61-63
    5.4.4 计算机仿真结果分析  63-67
  5.5 控制算法的比较分析  67-71
    5.5.1 控制效果比较  67-70
    5.5.2 算法复杂度的比较  70-71
  5.6 本章小结  71-72
6 总结与展望  72-74
  6.1 总结  72
  6.2 展望  72-74
参考文献  74-79
附录:攻读硕士学位期间的主要学术成果  79-80
致谢  80

汽车磁流变半主动悬架系统的设计及控制研究

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