半主動懸架振動控制方法研究【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>　　測控技術(shù)與儀器</b></p><p>　　半主動懸架振動控制方法研究</p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　由于現(xiàn)代生活的不斷提高，汽車已經(jīng)步入很多人的生活之中。人

2、們對汽車的要求已經(jīng)不僅僅是滿足交通便捷，更是對汽車的安全和舒適性提出了更高的要求了。 汽車懸架系統(tǒng) 是指車身與車軸之間的一切力連接裝置的總稱，是提高汽車平順性和操縱穩(wěn)定性的重要結(jié)構(gòu)之一。[1]對汽車懸架的振動控制始終是衡量汽車性能的一個重要指標(biāo)，是影響車輛行駛平穩(wěn)性和駕駛舒適性以及汽車零部件壽命的重要因素。不合格的懸架非但不能帶來舒適感，還會加速零件的老化，產(chǎn)生噪音影響環(huán)境，嚴(yán)重的可能會有引起操作失誤，釀成交通事故。所以當(dāng)前對車輛懸架的

3、振動控制研究是一個重要的課題。</p><p>　　目前懸架振動的控制系統(tǒng)大致分為3種：被動懸架、半主動懸架和主動懸架。長期以往，被動懸架占據(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)對路面的適應(yīng)性差，不能同時保證汽車的操縱舒適性和行駛穩(wěn)定性。主動懸架控制系統(tǒng)雖然能兼顧操縱的舒適性和行駛穩(wěn)定性，獲得一個優(yōu)質(zhì)的隔振系統(tǒng)，但其機構(gòu)復(fù)雜,能耗大，成本高，測量精度要求高等原因, 至今任停

4、留在實驗室或真車實驗階段。而半主動懸架結(jié)合了被動懸架和主動懸架的特點，可根據(jù)不同的路面情況、載荷重量、行駛速度等條件，實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼，使車輛具有較好的舒適性和行駛穩(wěn)定性[2];更因其簡單的結(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、半主動懸架的發(fā)展</p><p>　　1974年由Crosby K arnop首先提出半主動懸架控制。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)彈簧相對車輪的速度響應(yīng)、加速度響應(yīng)等反饋信號，通過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)行機構(gòu)，它可分為人工調(diào)節(jié)和傳感器自動

6、調(diào)節(jié)。1984年日產(chǎn)又研制出電子聲納調(diào)節(jié)車輛懸架的方法，它可以預(yù)測路面信息，以及時調(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，組成了新型半主動懸架。</p><p>　　圖1：半主動控制的簡化模型</p><p>　　2、磁流變阻尼器的設(shè)計</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，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控制的性質(zhì)來實現(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，目前已受廣泛關(guān)注，稱為新的研究熱點。</p><p>　　磁流變液的流變性能是通過它的動態(tài)屈服應(yīng)力隨外加磁強度的增加而增加來實現(xiàn)，并且變化過程是可逆的。利用這個性質(zhì)，可以在短時間內(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)，從而實現(xiàn)外加磁場改

8、變阻尼液、使半主動減震器自動調(diào)節(jié)阻尼力的功能。</p><p>　　由于車輛阻尼器的行程較大，并且根據(jù)車輛有嚴(yán)格的的尺寸設(shè)計要求，車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)腔充滿磁流變液，活塞在工作缸內(nèi)作往復(fù)直線運動，活塞將工作缸分為左右兩部分，電磁線圈繞制在活塞軸上，引出電源線。當(dāng)活塞在工作缸內(nèi)反復(fù)運動時，線圈會產(chǎn)生磁場來控制工作缸內(nèi)的

9、磁流體液的流動特性，從而改變左右缸之間的壓力差，實現(xiàn)對阻尼力的調(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、車輛懸架自適應(yīng)模糊控制法</p><p>　　目前，汽車懸架已經(jīng)可以利用微處理器對其控制。運用較優(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、對不同的類型和角度，我們對車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)一個精確地函數(shù)，通過數(shù)學(xué)方法計算該函數(shù)取極值時的輸入。自適應(yīng)控制可以自動檢測體統(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>　　車輛懸架模糊控制法是近來迅速發(fā)展的新型控制方法，它

11、最大的特點是不用精確的輸入模型，使用語言變量來代替數(shù)字變量。這種方法類似人的經(jīng)驗，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、計算，一旦確定就不會改變，它會對線性時變系統(tǒng)、非線性高階系統(tǒng)和含干擾系統(tǒng)造成一定的影響。因此需要做到要簡化結(jié)構(gòu)，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?lt;/p><p>　　如圖3為半主動懸架模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)在簡單半主動控制結(jié)構(gòu)圖上發(fā)展而來。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象中。如此反復(fù)循環(huán)，就可以實現(xiàn)對被控對象的模糊控制。在這里，可以對多個精確輸入進(jìn)行組合，不同的組合輸出不同的結(jié)果，然后分別計算出相應(yīng)的控制量，組成控制規(guī)則表，之后只要經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋壤嬎憔涂梢缘玫綄嶋H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)辨識的控制方式。其通過性能指

13、標(biāo)評價控制器以修改某些結(jié)構(gòu)參數(shù)實現(xiàn)，即：對控制器進(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?？梢酝ㄟ^Madami的方法，將誤差 e、 誤差變化 ec作為評價的性能指標(biāo)，根據(jù)模糊推理得到對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>　　車輛懸架振動控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)時車輛動力學(xué)與控制領(lǐng)域的國際性前沿課題。近年來，隨著相關(guān)科技的迅速發(fā)展，使得半主動懸架控制系統(tǒng)開始進(jìn)入實際應(yīng)用階段；而主動懸架控制系統(tǒng)因其造價昂貴、額外能量消耗大等原因，至今仍停留在實驗室和真車試驗階段。因此，今后研究的方向是研制一種能耗低、效率高、造價合理的車輛懸架振動控制系統(tǒng)。為此，必須解決一些理論和實際應(yīng)用

15、的技術(shù)問題。</p><p>　　首先應(yīng)開發(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，影響減振效果。開發(fā)連續(xù)調(diào)節(jié)阻尼的減振器將能改善車輛的穩(wěn)定性，但這種新型減震器還有待于在實踐中檢驗。而最近開發(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)普及到汽車領(lǐng)域。</p><p>　　其次是研究開發(fā)有效、快速、可靠、智能度高的控制方法。對于車輛

16、這一復(fù)雜的非線性振動系統(tǒng)，基于模型的線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)秀的非線性逼近能力，在非線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)有機結(jié)合起來，可提高整個系統(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)都不可避免存在時滯現(xiàn)象，它會導(dǎo)致系統(tǒng)預(yù)料之外的失衡。由于時滯導(dǎo)致了控制系統(tǒng)模型從

17、有限維變?yōu)闊o限維時, 其理論分析、 數(shù)值仿真和實驗均出現(xiàn)了一系列新問題。 為了確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性, 尚需進(jìn)行系統(tǒng)研究。然而合理的時滯有降低控制系統(tǒng)能耗的效果，所以如何利用好時滯，也是今后的一個研究細(xì)點。</p><p><b>　　4參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃錦榮 ，陳樂生. 采用磁流變阻尼器的車輛半主動懸架的一種建模方法[J]. 機械

18、動力學(xué)專集，2003.</p><p>　　[2] 陳翔,胡玉霞, 白月飛. 一種用于 1/2汽車半主動懸架的模糊 PID控制器[J]. 機械研究與應(yīng)用，20（3），2007.6.</p><p>　　[3] 周建麗. 半主動懸架系統(tǒng)控制仿真[N]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報，24（2），2005.4.</p><p>　　[4] 張廟康,胡海巖.車輛懸架振動控制系統(tǒng)研究的

19、進(jìn)展[J].專家論壇，17（1），1997.</p><p>　　[2] 孫建民，孫鳳英.汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀[N]. 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報.2001.</p><p>　　[3] 方子帆, 鄧兆祥, 鄭玲, 舒紅宇.汽車半主動懸架系統(tǒng)研究進(jìn)展[N].重慶大學(xué)學(xué)報.2003</p><p>　　[4] 崔曉利.車輛懸架自適應(yīng)模糊半主動振動控制系統(tǒng)的研究

20、[J]. 先進(jìn)制造與智能控制.</p><p>　　[5] 孫建民 ，楊清梅 ，陳玉強.汽車懸架系統(tǒng)振動控制技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].汽車工藝與材料.</p><p>　　[6] 郜立煥 ,生凱章 ,祁玉寧 ,王佃武.車輛懸架系統(tǒng)用磁流變阻尼器的研究[J]. 液壓與氣動，（11），2005.</p><p>　　[8] 崔曉利 楊岳 陳龍 陳楊.半主動懸架及其控制系統(tǒng)的設(shè)

21、計與研究[J]. 中國機械工程，18（8）， 2007.</p><p>　　[9] 趙迎生.半主動懸架電子控制系統(tǒng)的研究[J]. 設(shè)計 研究.</p><p>　　[10] Hu Li-yong, Zhu Xi-lin Zheng Di, Zhan Jian-ming. Numerical Simulation of Fuzzy-PID Tension Control System Ba

22、sed on Rotary MRF Damper. [J]International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics.2009</p><p>　　[11]Yan Zhanhui, Li Liqiang, Li Xiaodong. MRF Damper Control Based on Fuzzy Neural Net

23、work[J]. International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation.2010</p><p>　　[11] 吳會軍. 基于磁流變阻尼器的汽車懸架半主動控制研究 [J]. 科技信息 機械與電子，2007，（15）.</p><p>　　[12] 張謙. 國內(nèi)外汽車可控懸架的研究動態(tài)[J]

24、. 甘肅科技縱橫 工業(yè)科技，2006，35（5）.</p><p>　　[13] 高石，谷中麗，王素貞.車輛半主動懸架技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].內(nèi)蒙古石油化工，2006，（6）.</p><p>　　[14] 陳龍，李德超.車輛懸架自適應(yīng)模糊半主動控制系統(tǒng)研究[J].2001，（6）.</p><p>　　[15] 張勇明，陳夢成.變阻尼汽車半主動懸架系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋控