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以天棚控制方法为理论基础,结合磁流变减振器的工作机制,建立了磁流变半主动悬架硬件结构系统,并通过在实车试验平台上实验分析了被动悬架和磁流变半主动控制悬架的平顺性。结果表明,相比于被动悬架,磁流变半主动悬架能够很好地抑制低频段车体垂直方向的加速度变化和振动幅值,从而提高车辆平稳性和舒适性。
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基于天棚控制算法的磁流变半主动控制系统的研究基于天棚控制算法的磁流变半主动控制系统的研究
以天棚控制方法为理论基础,结合磁流变减振器的工作机制,建立了磁流变半主动悬架硬件结构系统,并通过
在实车试验平台上实验分析了被动悬架和磁流变半主动控制悬架的平顺性。结果表明,相比于被动悬架,磁流
变半主动悬架能够很好地抑制低频段车体垂直方向的加速度变化和振动幅值,从而提高车辆平稳性和舒适性。
张杨,周武能,潘亮,杨佳乐
(东华大学 信息科学与技术学院,上海 201620)
摘要摘要:以
关键词 关键词:半主动悬架;
0引言引言
车体与车轮间的动力悬架是车辆的重要构成部分。悬架性能的好坏将直接影响到车辆在行驶过程中的行驶安全性、乘坐舒
适性和操纵稳定性[1]。传统的被动悬架由阻尼系数和刚度不可变的阻尼元件及弹性元件构成,被动悬挂系统在构建前需要
设定好阻尼系数和刚度。由于参数设定好后不具可调性,仅仅能够适应一定工况下的振动,对多变的行驶路况适应能力很差。
半主动悬架可以在一定范围内对执行元件的阻尼或刚度进行调节,具有功耗低、结构简单、成本低、容错性好等特点[2]。
磁流变减振器是利用新型材料磁流变液在变化磁场作用下快速可逆的流变特性而设计的一种新型作动器,具有耗能低、可产生
连续阻尼力、方便控制等优点,所以把磁流变技术应用于半主动悬架中进行研究具有重大意义。
本文以提高车辆行驶平顺性和乘坐舒适性为研究重点,将磁流变减振器应用于基于天棚控制算法的半主动悬架中,搭建硬
件设备平台,实现软件设计,最后通过在车辆震动实验平台上获取的实验数据进行对比分析磁流变半主动悬架和被动悬架对提
高车体行驶平顺性和乘坐舒适性的影响。
1算法设计算法设计
整车一般由4个悬挂系统组成,但理论分析时常采用1/4车二自由度悬挂系统模型,如图1所示为二自由度悬挂系统模型。
该悬挂系统模型动力学方程式可表示为:
式中,M2、M1分别为车体质量和车轮质量;ks、kt分别为悬挂弹簧和车轮刚度;Ce为悬挂阻尼系数;X2、X1分别为车
体垂直位移和车轮垂直位移;X0是路面向上激励;F为控制力,当F不作用时上述模型可以等效为被动悬架。
如图2所示为理想天棚控制悬架。天棚控制算法的基本思想是在车辆车体和假设的“天棚”之间安装一个阻尼器。该阻尼器
的阻尼系数变化时会产生不同的阻尼力作用于该控制悬架,起到减振的效果。假设车辆悬架的簧载质量与参考地面之间具有阻
尼。
理想的天棚阻尼力为:
Fs=-CsX·2 (2)
其中:Cs是天棚阻尼系数,取决于悬挂系统本身。根据图2写出运动微分方程如下:
M1X··1+kt(X1-X0)-ks(X2-X1)-Ce(X·2-X·1)=0
M2X··2+ks(X2-X1)+Ce(X·2-X·1)+CsX·2=0 (3)
根据与天棚阻尼等效的原则,图1所示的半主动悬架中的力F由磁流变减振器[3-4]来提供,即图1中的F与天棚阻尼力Fs
存在某种关系。由于Fs=-CsX·2,所以当X·2与(X·2-X·1)同向时,F与Fs同向[5],因此可以通过改变励磁电流的大小使Fs
与F相等;当X·2与(X·2-X·1)反向时,F与Fs反向。为了尽可能缩小两者差异,应该让F最小。考虑到磁流变减振装置自身存
在一定的阻尼,因此F最小值不能取到0值,F∈[Fmin,Fmax],因此F的取值可以表述为:
F=FmaxX2·(X2·-X1·)≥0且Fd>Fmax
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