基于磁流变阻尼器的半主动悬挂系统仿真研究

论文摘要

性能优越的悬挂系统是车辆在不同地形条件下具有快速机动性和良好舒适性的重要保证。传统的地面车辆,普遍采用被动悬挂系统,不能主动适应车辆行驶状况和外界激励的变化,大大制约了车辆性能的进一步改善;主动悬挂系统依靠外界供给的能量,主动产生作用力,能大大改善车辆的乘坐性能和操纵性能,但能耗较大;随着智能材料和控制技术的日益成熟,能耗低、且能有效提高汽车平顺性和操纵稳定性的半主动悬挂系统已成为国内外广大研究人员关注的热点。本文对基于磁流变阻尼器的半主动汽车悬挂系统进行了仿真研究。首先,采用了参数化磁流变阻尼器的整车模型,将最优控制得到的反馈控制矩阵与磁流变参数相联系,得到最佳的电路控制矩阵,从而实现了对悬架中磁流变阻尼器的控制。同时,以加权加速度均方根值为评价指标,在更符合实际的相关随机路面谱下,分析了整车模型被动控制与半主动控制对整个悬挂系统减振效果产生的影响,比较了两种控制下的传递率以及耗能情况,从而考察应用磁流变阻尼器的半主动控制悬架系统的性能。其次,基于非经典系统动力学分析理论分析了阻尼器结构参数(如通道间隙、长度等)的变化对整个悬挂系统减振效果产生的影响,从而考察磁流变阻尼器的疲劳磨损与汽车悬挂减振效果的关联程度,提出了调节悬挂系统控制器的控制策略来解决参数磨损的解决办法。最后,针对最优控制算法中如何根据工况选取权矩阵数值的问题进行了初步探索,通过对半主动悬挂系统减振效果影响的分析,利用逐步分析,权矩阵综合评定参数,得到了不同工况下最优的权矩阵值,提出一种取得最优Q,R值的数值仿真方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 汽车悬挂系统的发展与现状
• 1.1.1 主动悬挂的研究与发展
• 1.1.2 半主动悬挂的研究与发展
• 1.2 磁流变效应的研究与发展
• 1.3 控制理论及方法的研究与发展
• 1.3.1 天棚阻尼控制方法
• 1.3.2 最优控制方法
• 1.3.3 模糊半主动控制
• 1.3.4 神经网络自适应控制
• 1.4 本文研究方法与创新点
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 本文创新点
• 第二章 基于磁流变阻尼器的半主动悬挂系统模型的建立
• 2.1 悬挂系统
• 2.1.1 悬挂系统分类
• 2.1.2 三种悬挂系统的分析比较
• 2.2 最优控制算法
• 2.2.1 最优控制理论的发展
• 2.2.2 LQR控制算法
• 2.3 整车模型的建立
• 2.4 非经典动力学系统动态特性分析
• 2.4.1 经典线性系统模态分析方法
• 2.4.2 非经典线性系统模态分析方法
• 2.4.3 非经典线性系统特征灵敏度分析方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 磁流变阻尼器在半主动悬挂系统中的减振效果分析
• 3.1 磁流变阻尼器模型
• 3.1.1 磁流变原理
• 3.1.2 磁流变阻尼器模型
• 3.2 基于磁流变模型的半主动悬挂系统控制电流理论推导
• 3.3 悬挂系统减振效果分析
• 3.3.1 系统参数与路面激励模型
• 3.3.2 评价指标的选取
• 3.3.3 半主动悬架与被动悬架减振效果的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统参数变化对半主动悬挂系统减振效果的影响
• 4.1 磁流变阻尼器参数变化对系统的影响
• 4.1.1 参数变化对系统固有特性的影响
• 4.1.2 参数变化对减振效果的影响
• 4.1.3 参数选取的合理化
• 4.2 LQR控制算法中权矩阵Q，R值的选取
• 4.2.1 权矩阵R固定，权矩阵Q变化对系统响应的影响
• 4.2.2 权矩阵Q固定，权矩阵R变化对系统响应的影响
• 4.2.3 权矩阵Q，R同时变化对系统响应的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果和所获奖励
• 致谢