半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制方法研究【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　測(cè)控技術(shù)與儀器</b></p><p>　　半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制方法研究</p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　由于現(xiàn)代生活的不斷提高，汽車(chē)已經(jīng)步入很多人的生活之中。人

2、們對(duì)汽車(chē)的要求已經(jīng)不僅僅是滿(mǎn)足交通便捷，更是對(duì)汽車(chē)的安全和舒適性提出了更高的要求了。 汽車(chē)懸架系統(tǒng) 是指車(chē)身與車(chē)軸之間的一切力連接裝置的總稱(chēng)，是提高汽車(chē)平順性和操縱穩(wěn)定性的重要結(jié)構(gòu)之一。[1]對(duì)汽車(chē)懸架的振動(dòng)控制始終是衡量汽車(chē)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，是影響車(chē)輛行駛平穩(wěn)性和駕駛舒適性以及汽車(chē)零部件壽命的重要因素。不合格的懸架非但不能帶來(lái)舒適感，還會(huì)加速零件的老化，產(chǎn)生噪音影響環(huán)境，嚴(yán)重的可能會(huì)有引起操作失誤，釀成交通事故。所以當(dāng)前對(duì)車(chē)輛懸架的

3、振動(dòng)控制研究是一個(gè)重要的課題。</p><p>　　目前懸架振動(dòng)的控制系統(tǒng)大致分為3種：被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架。長(zhǎng)期以往，被動(dòng)懸架占據(jù)著統(tǒng)治的地位。由于它的各種參數(shù)，比如剛度、阻尼等是固定不變的，這樣的懸架系統(tǒng)對(duì)路面的適應(yīng)性差，不能同時(shí)保證汽車(chē)的操縱舒適性和行駛穩(wěn)定性。主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)雖然能兼顧操縱的舒適性和行駛穩(wěn)定性，獲得一個(gè)優(yōu)質(zhì)的隔振系統(tǒng)，但其機(jī)構(gòu)復(fù)雜,能耗大，成本高，測(cè)量精度要求高等原因, 至今任停

4、留在實(shí)驗(yàn)室或真車(chē)實(shí)驗(yàn)階段。而半主動(dòng)懸架結(jié)合了被動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架的特點(diǎn)，可根據(jù)不同的路面情況、載荷重量、行駛速度等條件，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼，使車(chē)輛具有較好的舒適性和行駛穩(wěn)定性[2];更因其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，較高的性能，制造方便，幾乎不需要向系統(tǒng)提供能量而擁有廣闊的應(yīng)用前景，特別是電、磁流變減振器的出現(xiàn)，加快了半主動(dòng)懸架產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。[3]</p><p><b>　　二、主題</b></p&g

5、t;<p>　　1、半主動(dòng)懸架的發(fā)展</p><p>　　1974年由Crosby K arnop首先提出半主動(dòng)懸架控制。它的架構(gòu)如圖1所示。它由可變特性的彈簧和減震器組成。它的工作原理是：根據(jù)彈簧相對(duì)車(chē)輪的速度響應(yīng)、加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，通過(guò)輸入少量控制能量調(diào)節(jié)彈簧的剛度或減振器的液力阻尼, 改善懸架的振動(dòng)特性。通常以調(diào)節(jié)減震器的阻尼為主，即將減震器作為懸架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它可分為人工調(diào)節(jié)和傳感器自動(dòng)

6、調(diào)節(jié)。1984年日產(chǎn)又研制出電子聲納調(diào)節(jié)車(chē)輛懸架的方法，它可以預(yù)測(cè)路面信息，以及時(shí)調(diào)整減震器柔和、適中、穩(wěn)定這3種狀態(tài)。1994年,Prinkos 等人又研制出電流變和磁流變阻尼器，組成了新型半主動(dòng)懸架。</p><p>　　圖1：半主動(dòng)控制的簡(jiǎn)化模型</p><p>　　2、磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)</p><p>　　早期的可變阻尼器主要是可調(diào)節(jié)節(jié)流孔的油液阻尼器，它

7、在快速調(diào)節(jié)中容易引起流量的嚴(yán)重脈動(dòng)，影響減振效果。磁流變阻尼器利用磁流變液的流變性能受外加磁場(chǎng)控制的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)阻尼的控制，具有反應(yīng)快、所需能量少、穩(wěn)定性好、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，目前已受廣泛關(guān)注，稱(chēng)為新的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　磁流變液的流變性能是通過(guò)它的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力隨外加磁強(qiáng)度的增加而增加來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且變化過(guò)程是可逆的。利用這個(gè)性質(zhì)，可以在短時(shí)間內(nèi)改變磁流變液的力學(xué)性能，使其由液態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)外加磁場(chǎng)改

8、變阻尼液、使半主動(dòng)減震器自動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼力的功能。</p><p>　　由于車(chē)輛阻尼器的行程較大，并且根據(jù)車(chē)輛有嚴(yán)格的的尺寸設(shè)計(jì)要求，車(chē)輛的磁流變阻尼器不能采用擠壓模式，而通常采用剪切模式和流動(dòng)模式共同作用，即混合工作模式。它的原理如圖2所示，阻尼器內(nèi)腔充滿(mǎn)磁流變液，活塞在工作缸內(nèi)作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，活塞將工作缸分為左右兩部分，電磁線(xiàn)圈繞制在活塞軸上，引出電源線(xiàn)。當(dāng)活塞在工作缸內(nèi)反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)控制工作缸內(nèi)的

9、磁流體液的流動(dòng)特性，從而改變左右缸之間的壓力差，實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼力的調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖2混合模式磁流變阻尼器的工作原理</p><p>　　3、車(chē)輛懸架自適應(yīng)模糊控制法</p><p>　　目前，汽車(chē)懸架已經(jīng)可以利用微處理器對(duì)其控制。運(yùn)用較優(yōu)的控制方法，得到較高的減振效果，并消耗盡可能少的能量，是今后發(fā)展的趨向。</p><p>　　針

10、對(duì)不同的類(lèi)型和角度，我們對(duì)車(chē)輛懸架的控制方式大致可分為：最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。最優(yōu)控制是根據(jù)一個(gè)精確地函數(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算該函數(shù)取極值時(shí)的輸入。自適應(yīng)控制可以自動(dòng)檢測(cè)體統(tǒng)的參數(shù)，從而保持系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。模糊控制使用語(yǔ)言變量替代數(shù)字變量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種并行分布式處理系統(tǒng)，規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這里著重介紹模糊控制法。</p><p>　　車(chē)輛懸架模糊控制法是近來(lái)迅速發(fā)展的新型控制方法，它

11、最大的特點(diǎn)是不用精確的輸入模型，使用語(yǔ)言變量來(lái)代替數(shù)字變量。這種方法類(lèi)似人的經(jīng)驗(yàn)，接近智能控制。由于模糊控制需要根據(jù)參數(shù)反復(fù)修改、計(jì)算，一旦確定就不會(huì)改變，它會(huì)對(duì)線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)、非線(xiàn)性高階系統(tǒng)和含干擾系統(tǒng)造成一定的影響。因此需要做到要簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?lt;/p><p>　　如圖3為半主動(dòng)懸架模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)單半主動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖上發(fā)展而來(lái)。它的基本原理是：將給定值與標(biāo)準(zhǔn)值想比較，得到誤差e，再計(jì)算

12、出誤差變化ec，然后量化模糊成E、EC，根據(jù)模糊規(guī)則得出模糊控制量U，最后將其反模糊化、量化后輸入到被控對(duì)象中。如此反復(fù)循環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的模糊控制。在這里，可以對(duì)多個(gè)精確輸入進(jìn)行組合，不同的組合輸出不同的結(jié)果，然后分別計(jì)算出相應(yīng)的控制量，組成控制規(guī)則表，之后只要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋壤?jì)算就可以得到實(shí)際的控制量。</p><p>　　自適應(yīng)模糊控制法是一種基于模糊控制器，并結(jié)合模糊系統(tǒng)辨識(shí)的控制方式。其通過(guò)性能指

13、標(biāo)評(píng)價(jià)控制器以修改某些結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)，即：對(duì)控制器進(jìn)行反饋，不斷調(diào)節(jié)和改善它的控制性能，使控制器本身具有一定的適應(yīng)變化的能力，達(dá)到一定的智能控制的目的。可以通過(guò)Madami的方法，將誤差 e、 誤差變化 ec作為評(píng)價(jià)的性能指標(biāo)，根據(jù)模糊推理得到對(duì)基本模糊控制器的校準(zhǔn)量，再參照控制規(guī)則表得到控制器輸入輸出的關(guān)系。</p><p>　　圖3：半主動(dòng)懸架自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>&

14、lt;b>　　三、總結(jié)</b></p><p>　　車(chē)輛懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)時(shí)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域的國(guó)際性前沿課題。近年來(lái)，隨著相關(guān)科技的迅速發(fā)展，使得半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段；而主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)因其造價(jià)昂貴、額外能量消耗大等原因，至今仍停留在實(shí)驗(yàn)室和真車(chē)試驗(yàn)階段。因此，今后研究的方向是研制一種能耗低、效率高、造價(jià)合理的車(chē)輛懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)。為此，必須解決一些理論和實(shí)際應(yīng)用

15、的技術(shù)問(wèn)題。</p><p>　　首先應(yīng)開(kāi)發(fā)新型高性能阻尼器。傳統(tǒng)的油液阻尼器在快速調(diào)節(jié)中容易引起流量的嚴(yán)重脈動(dòng)，影響減振效果。開(kāi)發(fā)連續(xù)調(diào)節(jié)阻尼的減振器將能改善車(chē)輛的穩(wěn)定性，但這種新型減震器還有待于在實(shí)踐中檢驗(yàn)。而最近開(kāi)發(fā)的磁流變阻尼器具有反應(yīng)快、所需能量少、穩(wěn)定性好，已得到廣泛的認(rèn)可，應(yīng)適當(dāng)普及到汽車(chē)領(lǐng)域。</p><p>　　其次是研究開(kāi)發(fā)有效、快速、可靠、智能度高的控制方法。對(duì)于車(chē)輛

16、這一復(fù)雜的非線(xiàn)性振動(dòng)系統(tǒng)，基于模型的線(xiàn)性反饋控制策略受到極大地限制，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制因其優(yōu)秀的非線(xiàn)性逼近能力，在非線(xiàn)性控制方面有較大的應(yīng)用前景。但其缺乏邏輯控制規(guī)則能力，若將模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可提高整個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力和表達(dá)能力。因此，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型綜合智能控制方法是有發(fā)展前途的方法之一。</p><p>　　最后，任何系統(tǒng)都不可避免存在時(shí)滯現(xiàn)象，它會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)預(yù)料之外的失衡。由于時(shí)滯導(dǎo)致了控制系統(tǒng)模型從

17、有限維變?yōu)闊o(wú)限維時(shí), 其理論分析、 數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)均出現(xiàn)了一系列新問(wèn)題。 為了確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性, 尚需進(jìn)行系統(tǒng)研究。然而合理的時(shí)滯有降低控制系統(tǒng)能耗的效果，所以如何利用好時(shí)滯，也是今后的一個(gè)研究細(xì)點(diǎn)。</p><p><b>　　4參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃錦榮 ，陳樂(lè)生. 采用磁流變阻尼器的車(chē)輛半主動(dòng)懸架的一種建模方法[J]. 機(jī)械

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