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1、第15卷第1期振动工程学报Vol.15No.12002年3月JournalofVibrationEngineeringMar.2002基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究——建模与直接自适应控制郭大蕾胡海岩(南京航空航天大学振动工程研究所南京,210016)摘要利用磁流变液体的特点,采用磁流变阻尼器实现车辆悬架减振系统的半主动控制。由于磁流变液体的滞回特性及其在固液态之间的转换引起半主动悬架系统强烈的非线性特性,为此,设计了神经网络直接自适应控制。仿真表明,由磁流变阻尼器和神经网络相结合实现的车辆悬架半主动控制系统能够较好地提高车辆的行驶平顺性。关键词:振动控制;自适应
2、控制;磁流变阻尼器;神经网络;车辆底盘中图分类号:O373;TP273;U463.33级调节,与微机结合,能够实现悬架振动的在线半主引言动控制。随着人们对车辆乘坐舒适性要求的不断提高,1磁流变阻尼及其特点悬架振动控制问题逐渐成为车辆动力学研究的重要内容。传统被动筒式减振器只具有阻尼力与速率的磁流变液体是一种非牛顿流体,其剪切应力由单值函数关系,粘度不可调节,且当速率增加时,由液体的粘性和屈服应力两部分组成。通常,流变特性于流体温度升高,其粘度反而会降低。因此,被动悬的改变表现为剪切应力随外加磁场的增加而增大。架已远远不能满足要求。而半主动控制无需附加能磁流变液体的屈服应力比电
3、流变液体大一个数量源,具有控制律简单、能耗较低和容易实现的特点,级,且与数千伏电压用以改变电流变体的粘度相比正在成为一种颇有前景的悬架振动控制方式。但是,较,磁流变液体粘度的变化由交变电流产生交变磁半主动机械式阻尼减振器通过调节节流孔的开口改场而引起,具有良好的动力学特性和安全性。因此,变通流面积来调节阻尼系数,不易实现细微调节。磁由磁流变液体制成的阻尼器比电流变阻尼器在实际流变液体具有表观粘度随剪切速率和外加场强的变进行减振控制中具有更大的优势。化而变化的特性,根据这一性质得到的磁流变阻尼在半主动车辆悬架振动控制的研究中,采用磁器能够作为悬架减振器进行隔振。在外加电场作用流
4、变阻尼器来实现可控阻尼力,使悬架特性可自适下,磁流变阻尼器的阻尼力可在几毫秒之内实现无应于路面的变化。图1为LORD公司生产的磁流变图1磁流变阻尼器结构图国家杰出青年科学基金资助项目(编号:59625511)和福特-中国研究与发展基金资助项目(编号:9715508)收稿日期:2000-12-15;修改稿收到日期:2001-07-05第1期郭大蕾等:基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究——建模与直接自适应控制11阻尼器,它主要由活塞上具有节流小孔的单筒阻尼为流量系数。器构成。节流孔两侧装有线圈,通过电流以控制磁场由式(2)可见,流过节流孔的流量与粘度成反强弱。缸体底部为一
5、橡胶密封的氮气蓄压器,主要用比,粘度增大,流量减小。当场强引起磁流变液体的来缓冲活塞运动时活塞杆两端液体的体积差造成的粘度增加时,通过节流孔的流量减少将使得活塞杆冲击,同时作为一个气囊,还能起到减振作用。可以的运动速度降低,这在间接上也起到了抑制振动的看到,阻尼器的主要部分是一个具有节流孔的活塞。作用。同时,由式(2)可以看出,机械可调节式节流孔节流孔的两侧装有线圈,当场强变化时,磁流变体的事实上是改变d即节流孔的通流面积。尽管流量与粘性发生变化,阻尼器的剪切应力相应变化。直径的四次方成正比,只需很小的输入就足以引起线圈中通有交变电流时,磁流变液体中的磁极流量很大的变化,但这
6、个过程由于机械装置多环节性分子就受到交变磁化。线圈中电流减到零时,分散传动等原因,在物理上很难做到精确细微改变。因此于绝缘载液中磁性颗粒在磁化时所得到的磁性无法有可能导致流量Q在大范围内变化,最终导致流量完全消失。在线圈反复通过交变电流的情况下,阻尼改变脉动严重。磁流变阻尼器的受控参数为液流的器的阻尼力与速度之间就呈现出滞回关系。粘度,随不同的场强可实现无级变化的粘度值,因此对RD-1005型阻尼器进行实验建模和曲线拟可获得无级可调的阻尼力,达到控制的目的。[2]合,得到磁流变阻尼器的速度-阻尼力滞回模型¨1.512车辆悬架的非线性模型F(z,z,v)=247+-1.04
7、vz1+10.34e2710-1影响汽车乘坐舒适性的主要因素是车身的垂直+-1.1(v-2.3)tg{0.0725[z1+e振动。为了描述这种振动,将车辆简化为1/4车的二¨40-sgn(z)-0.2v]}(1)自由度模型。引入磁流变阻尼器后,该模型如图3所1+1.81e·¨示,其运动微分方程如下式中v表示输入电压,z(t)和z(t)为活塞杆运动¨¨Mz1+c(z1-z2)+k(z1-z2)=F(z,z,v)的速度和加速度。由式(1)可知:低速时,阻尼力与速¨mz2-c(z1-z2)-k(
