劉云云
摘要:隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們生活水平極大提高,汽車已經(jīng)成為人們基本的代步工具,人們對于汽車安全性提出了更高的要求,懸架是汽車性能的關(guān)鍵部分,根據(jù)路面情況跟運行狀態(tài),改善控制的智能懸架來提高汽車安全性。為了改善汽車的舒適和安全行駛,提出汽車磁流半主動懸架控制方案,設(shè)計磁流減振器工作模式,改善力學(xué)特征,建立磁流變減振器模型,建立帶磁流變展器模型,參數(shù)表基于控制理論,設(shè)置新型控制理論,以磁流變檢測,變減震器改善控制技術(shù),使懸架系統(tǒng)振動性能得到了很好的控制。
關(guān)鍵詞:汽車;阻尼器;汽車磁流;懸架系統(tǒng);現(xiàn)狀分析
中圖分類號:U463? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2021)14-0006-02
0? 引言
隨著汽車設(shè)計水平快速增長,已成為最基本的交通工具,汽車逐漸成為國家發(fā)展經(jīng)濟的一大支柱,也促進了社會的不斷進步,懸架作為汽車的主要部分,對汽車平穩(wěn)起著關(guān)鍵作用,懸架可以分為被動懸架、主動懸架。被動懸架與主動懸架的交互設(shè)計研究,受到了多方的重視,逐漸被應(yīng)用在現(xiàn)在車輛上,對于主動懸架,被動懸架的力學(xué)性能跟控制效果雖然比較接近,但是雙方造價成本都比較低。主懸架造價成本較低,耗能小,適合推廣,符合現(xiàn)代發(fā)展前景,運用相關(guān)控制理論,結(jié)合計算機仿真技術(shù)來提高汽車自動控制系統(tǒng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性及行駛安全等,最后以提高舒適性為根本目的。目前,半主動懸架技術(shù)研究主要集中于磁流變化開發(fā)、磁流變減振器研制等中央集成系統(tǒng)的開發(fā)等。
1? 國內(nèi)外磁流理論研究現(xiàn)狀
1.1 半主動懸架系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
為了提高汽車的舒適性,國外很早之前就提出半主動懸架這一方式,在1970年,美國加州教授提出半主動懸架理論思想,可用剛度調(diào)節(jié)或彈簧阻尼調(diào)節(jié)減震器來實現(xiàn)懸架,根據(jù)汽車彈簧質(zhì)量,鎮(zhèn)減速度作為反饋信號,按照控制算法規(guī)律來控制彈簧剛度,達到懸架阻尼減震狀態(tài)。1980年,日本又提出三種減震狀態(tài)開關(guān),作用于半主動懸架系統(tǒng),根據(jù)得到反饋信號,以開關(guān)調(diào)節(jié)內(nèi)阻,利用阻尼可變阻尼器的特性來實現(xiàn)系統(tǒng)減震,這種控制方法成本較低,減震性更能好,非常接近主動懸架系統(tǒng)性能,在汽車領(lǐng)域發(fā)展非常廣泛。而在我國很多高校進行了半主動懸架相關(guān)研究,提出了LQJ策略方案,以優(yōu)質(zhì)算法運用半主動懸架系統(tǒng)。后續(xù)又提出離散型控制系統(tǒng),駕駛員可以運用手動擋或自動擋來控制減震器。其中,根據(jù)磁流變阻尼器研究提出,懸架系統(tǒng)可以成功在汽車檢測達標,這是對基本磁流變阻尼半主動懸架發(fā)展的基本原理。近年來,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制線等智能控制方式是運用于半主動懸架系統(tǒng),由于時限要求較高,并不完善,很多研究只停留在理論分析階段,汽車適應(yīng)不同路況,行駛的條件具有很大的局限性,針對磁流變阻尼器半主動懸架需要很大量的實驗數(shù)據(jù)進行推測,我們必須克服困難,為我國半主動懸架控制系統(tǒng)做出貢獻。
1.2 磁流變液技術(shù)研究
磁流變液技術(shù)包括顆粒性與積液,瓷硫顆粒通常具有高導(dǎo)磁性積液,具有較低粘性和較高工作溫度,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有高抗磁穿特性。沒有外部磁場時,磁流變液中磁鐵顆粒非常隨機,磁流液形態(tài)為流動液體,只需較小力即可使其流動,在磁場作用后,鐵磁顆粒會沿著磁感線方向規(guī)律流動,隨著磁場強度逐漸增大。磁鐵顆粒沿磁場方向排列越來密切,液體逐漸變?yōu)榘牍腆w,需要提供更大的力才能使其流動,這種變化會在瞬間完成,而且可逆,這種磁場變化成為影響磁流變液的變化效應(yīng)。在20世紀90年代的時候,國內(nèi)學(xué)者也逐漸開始了磁流變液技術(shù)研究,我國在磁流變液制備性能測試等力學(xué)機理方面取得了很大的成果,在國家儀表研究中心制備磁流變液及檢測技術(shù)方面有較高水平。
1.3 磁流變阻尼器研究現(xiàn)狀
磁流變阻尼器研究可采用磁流變液制成新型磁流變阻尼器來實現(xiàn)系數(shù)及連續(xù)調(diào)節(jié),具有結(jié)構(gòu)體積小性能穩(wěn)定等優(yōu)點,在工程領(lǐng)域帶來了新的突破,目前在基建車輛等多方領(lǐng)域均有運用。尤其是在汽車行業(yè),半主動懸架已在高端車型中逐漸普及開來。電阻尼控制器是一項非常難的領(lǐng)域,必須要求設(shè)計精準,控制方式準確來保證輸出具有良好的減震效果,相比制造領(lǐng)域迅速發(fā)展,控制器研究較少,主要集中在開環(huán)控制器方面。磁流變阻尼器的開環(huán)控制通常采用MSD模式控制器對其進行控制,這種控制效果非常好,影響反應(yīng)速度快,尤其是精密程度非常依賴模型精準性與簡潔性,同時保持精準性高的模型往往復(fù)雜,需要對模型進行簡化,而簡化后的模型喪失了原有的精準性,控制器的精度也無法達到要求,近年來有學(xué)者提出采用精神網(wǎng)絡(luò)控制器,但是智能運算法需要處理器性能較高,模糊控制算法與其他相比比較簡單,所以通常采用mer的智能控制法。后期要提出線性反饋控制方法,采用一模型作為補償器的控制對象,可以改善閉環(huán)控制的精度及噪音問題。
2? 懸架及汽車建模
2.1 懸架結(jié)構(gòu)與分類
懸架作為汽車上最重要的部件與車軸和車身相互連接,主要提供的傳遞作用來保證車架與車輪之間的力與例句,緩解行駛過程中外界帶傳給車架的沖擊,在和減小振動,保證汽車平穩(wěn)行駛,使汽車具有較高的舒適性。那汽車的懸架結(jié)構(gòu)一般由減震器跟彈簧元件導(dǎo)向結(jié)構(gòu)組成,減震器也通常被稱為緩震器,以改善阻尼器大小來控制振動,使汽車達到最好的減震狀態(tài),彈簧能保證汽車內(nèi)做有非常高的舒適性,可以很好的吸收或釋放能量穩(wěn)定桿,與汽車減震器配合,提供穩(wěn)定性。根據(jù)懸架裝置的不同,可將懸架結(jié)構(gòu)分為獨立系統(tǒng)跟非獨立系統(tǒng),非獨立懸架系統(tǒng)是由車輪的剛性軸車輪單位安裝在整體車架上,是在獨立系統(tǒng)中,車輪則相對獨立,與車架沒有相互連接。根據(jù)懸架系統(tǒng)的阻尼是否滿足汽車行駛狀態(tài),懸架系統(tǒng)可分為被動懸架主動懸架,在被動懸架系統(tǒng)中,懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼必須按照規(guī)定標準進行設(shè)計,是固定不變的,而在汽車行駛狀態(tài)下無法對其進行控制,極大地降低了減震效果,而半主動懸架是阻尼可調(diào)空的,可以吸收儲存能量,主動懸架采用可控原件組成,根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)跟路況進行時刻調(diào)整,保證汽車懸架達到最優(yōu)狀態(tài)。
2.2 半主動懸架控制策略
半主動懸架控制策略分為經(jīng)典控制策略、現(xiàn)在控制策略和智能控制策略。半主動控制策略第一種是經(jīng)典控制策略,主要包括天棚阻尼控制,是最具有代表性的經(jīng)典控制策略,其控制思想通過虛擬空間進行彈簧載荷之間安裝阻尼器來調(diào)整彈簧質(zhì)量振動。該阻尼器就稱為天棚阻尼器,是天棚阻尼控制策略的形變,根據(jù)車輛狀態(tài)控制電流來保證車的正常運行,提高車運行平順性,但是無法改變操控系數(shù),盡管控制策略效果有限,但方便實現(xiàn)可靠性比較高,相對于其他控制相結(jié)合,可以很好的減震,因此,經(jīng)典控制策略,在半主動懸架控制領(lǐng)域占有重大地位。第二種是現(xiàn)代控制策略,半主動懸架中的現(xiàn)代控制策略,包括自動適應(yīng)控制等,其中二次型最優(yōu)控制作為性能控制指標應(yīng)對調(diào)節(jié)器,實現(xiàn)指標調(diào)節(jié)最優(yōu)化,車輛須按系統(tǒng)控制,通常有三到四個線形控制,二次型最優(yōu)化,即隨機多量控制,在多目標控制方面具有非常突出的效果,但受到模型參數(shù)的影響比較大,車輛懸架系統(tǒng)作為參數(shù)非線性系統(tǒng),常規(guī)策略很難達到預(yù)計效果,自動實行策略,根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)及時變化調(diào)整,能在很大程度上改善系統(tǒng)參數(shù)帶來的影響。第三種是智能控制策略,模糊控制是最常見的智能控制策略,它通過模仿人類規(guī)則來根據(jù)信號輸入輸出,將人類控制應(yīng)用于智能懸架系統(tǒng),仿真實驗車身的垂向振動與俯仰振動都有較好的防護效果,根據(jù)車身實時振動修改,控制器雖然模糊控制效果比較好,但是穩(wěn)定性能比較差,一輛車型模型在一定范圍內(nèi)有它相對應(yīng)的自適應(yīng)效果,超出這些范圍,模糊控制效果無法實現(xiàn),半主動懸架控制策略種類非常多,各種方法也都有自己的優(yōu)勢,往往運用兩種及兩種以上控制策略相互互補,因此,復(fù)合控制是車輛懸架控制系統(tǒng)中主要研究方向。
2.3 研究存在的不足
磁流液變技術(shù)及磁流變阻尼器的發(fā)展以來,國內(nèi)外學(xué)者進行了很多設(shè)計測試,在懸架系統(tǒng),控制理論方面都取得了很大的進展,然而控制模擬器及半主動懸架策略方面存在的很多問題,首先在研究過程中對數(shù)據(jù)進行建立M2D模型,因此要保證數(shù)據(jù)必須精準,數(shù)學(xué)模型的選擇非常重要,而現(xiàn)有的各種MSD模型在精準簡潔上存在著很大的矛盾,其次,在研究過程中常常采用開環(huán)控制方案對Led進行開環(huán)控制,雖然在仿真過程中有很高的精準性,但無法消除其誤差,使用能力非常差,閉環(huán)理論控制系統(tǒng)的能力受非線性影響。使控制穩(wěn)定性很差,因此MSD控制系統(tǒng)也是目前研究的問題之一,在控制理論也存在很多分支,可以應(yīng)用于半主動懸架系統(tǒng)控制,但實際過程中人員傾向于簡單算法,懸架系統(tǒng)控制屬于多目標,選擇性控制經(jīng)典策略控制,往往指的是單目標控制效果較差,因此在經(jīng)典控制策略上進行改進,提高均衡能力具有重要意義,為此保證車輛舒適性,被動懸架系統(tǒng)中的減震器與拉伸阻尼通常會產(chǎn)生很大的壓縮阻尼系數(shù),在半主動懸架系統(tǒng)中,這一問題很少被改善,因此,必須對產(chǎn)生的非對稱阻尼力半主動懸架控制算法進行更深層次的研究來改善這些問題。
3? 結(jié)語
隨著社會的不斷進步,人們對汽車舒適度要求也越來越高,汽車舒適度與汽車行駛平穩(wěn)相關(guān),互相有關(guān)聯(lián),而汽車平穩(wěn)、平順行駛與全駕駛系統(tǒng)有著相當密切的關(guān)聯(lián),懸架作為汽車最重要組成部分也是現(xiàn)在的研究重點,基于磁流變阻尼器半主動懸架系統(tǒng)可以很好的改善被動懸架在操控穩(wěn)定性與舒適性之間上的矛盾,并具有耗能小、結(jié)構(gòu)簡單、防震等優(yōu)點,半主動懸架作為汽車懸架應(yīng)用較為廣泛,因此,汽車懸架的主要研究都集中在磁流變阻尼器的半主動控制懸架上。雖然磁流變阻尼器的半主動控制懸架與車模型對整體車身減震效果較好,但是對于不同路面的綜合要求,基于磁流變阻尼器的半控制系統(tǒng),懸架汽車模型濕度較高,減震效果也較好,其中應(yīng)用阻尼力可調(diào)范圍較大的磁流變阻尼器的半主動控制懸架對車身模型減震作用,可以進行較好的改善,磁流變阻尼器的半主動控制對不同車型懸架控制系統(tǒng)影響效果不一樣,因此,一定要特定汽車懸架制作相對應(yīng)的變阻尼器來保證汽車乘坐舒適性。
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