劉丹琦

江蘇大學(xué)汽車學(xué)院

“慣容-彈簧-阻尼”半主動(dòng)懸架魯棒控制研究

劉丹琦

江蘇大學(xué)汽車學(xué)院

為解決“慣容-彈簧-阻尼”半主動(dòng)懸架控制過(guò)程存在系統(tǒng)魯棒問(wèn)題，提出一種基于液壓慣容器的ISD懸架的模糊控制算法。介紹了液壓慣容器的結(jié)構(gòu)及工作原理，構(gòu)建了液壓慣容器ISD懸架的半車模型，搭建了相應(yīng)模糊控制器，在matlab/simulink環(huán)境下，對(duì)液壓慣容器ISD懸架平順性進(jìn)行仿真分析，仿真表明，與傳統(tǒng)液壓式ISD懸架相比，加有模糊控制器的液壓式ISD懸架可以有效降低車身垂直振動(dòng)加速度。

ISD半主動(dòng)懸架；模糊控制；仿真

引言

慣容器最早最早由劍橋大學(xué)學(xué)者Smith首先提出，并設(shè)計(jì)了齒輪齒條式和滾珠絲杠式慣容器[1-2]，其研究結(jié)果表明，慣容器針對(duì)汽車綜合性能尤其是隔振性能有很大的提升，2006年臺(tái)灣學(xué)者王富正將慣容器應(yīng)用到火車懸架中[3]，改善了火車的乘坐舒適性、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)定性。隨著機(jī)電相似理論的完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者在懸架中引入慣容器，提出了ISD(Inerter-Spring-Damper)懸架的概念，并證實(shí)應(yīng)用慣容器能夠提高懸架隔振性能。

目前ISD懸架普遍都是被動(dòng)結(jié)構(gòu)，無(wú)法有效體現(xiàn)ISD懸架性能，部分論文研究了ISD懸架半主動(dòng)控制，然而其魯棒性問(wèn)題仍未有效解決。現(xiàn)針對(duì)ISD半主動(dòng)懸架魯棒性問(wèn)題提出模糊控制，在此基礎(chǔ)上對(duì)液壓慣容器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，構(gòu)建了基于液壓慣容器的ISD懸架半主動(dòng)懸架模型，搭建了相應(yīng)模糊控制器，仿真分析了該型懸架的性能。

1、動(dòng)力學(xué)建模

圖1 ISD半主動(dòng)控制懸架

懸架動(dòng)力學(xué)方程為：

2、模糊控制器設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)懸架系統(tǒng)的魯棒性，采用模糊控制對(duì)懸架系統(tǒng)中電磁閥開(kāi)閉進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)懸架的模式切換，以使設(shè)計(jì)懸架性能進(jìn)一步完善。

選取液壓ISD懸架的垂直加速度輸入信號(hào)e以及垂直加速度輸入變化率ec作為模糊控制器輸入信號(hào)，輸出信號(hào)為電磁閥的開(kāi)閉。將輸入的誤差(e)和誤差微分(ec)分為5個(gè)模糊集：NB(負(fù)大)， NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(正小)，PB(正大)。將輸出u分為2個(gè)模糊集：0(關(guān)聯(lián)ISD模式的電磁閥開(kāi)，關(guān)聯(lián)互聯(lián)懸架模式的電磁閥閉)，1(關(guān)聯(lián)ISD模式的電磁閥閉，關(guān)聯(lián)互聯(lián)懸架模式的電磁閥開(kāi))，為避免出現(xiàn)失控現(xiàn)象，本控制器轉(zhuǎn)向角信號(hào)e論域設(shè)為{-0.4, 0.4}，轉(zhuǎn)向角變化率ec的論域設(shè)為{-0.4, 0.4}，節(jié)流閥開(kāi)度的論域設(shè)為{0, 1}。對(duì)于輸入量誤差(e)，誤差微分(ec)都采用高斯型的隸屬函數(shù)(gaussmf)，對(duì)于輸出量u采用三角形隸屬函數(shù)(trimf)。其模糊規(guī)則控制表如表1所示。

表1 模糊控制策略規(guī)則

3、“慣容-彈簧-阻尼”半主動(dòng)懸架仿真分析

采用模糊切換方法對(duì)液壓互聯(lián)ISD半主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，與被動(dòng)ISD懸架進(jìn)行對(duì)比仿真。設(shè)計(jì)路面工況：車輛以20m/s速度行駛在B級(jí)路面，在此工況下，以質(zhì)心垂直加速度和側(cè)傾角加速度進(jìn)行仿真計(jì)算，其仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 垂直加速度

由仿真結(jié)果可知，圖2中采用模糊控制的ISD半主動(dòng)懸架性能優(yōu)于傳統(tǒng)被動(dòng)ISD懸架。

4、結(jié)論

針對(duì)液壓ISD半主動(dòng)懸架魯邦問(wèn)題，提出一種模糊切換策略，從而有效提升ISD懸架性能。

[1] SMITH M C.Force-contronlling mechanical device[P].UK，PCT/ GB02/03056.2002.

[2] 聶佳梅， 張孝良.慣容器模型結(jié)構(gòu)探索[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2012，28(1)：30-32.

[3] WANG Fucheng， LIAO Minkai， LIAO Bohuai， et al.The performance improvements of train suspension systems with mechanical networks employing inerters[J].Vehicle System Dynamics， 2009， 47(7)： 805-830.