汽车磁流变智能阻尼悬架系统的半主动控制研究

刘云云

摘要：随着经济的快速发展，人们生活水平极大提高，汽车已经成为人们基本的代步工具，人们对于汽车安全性提出了更高的要求，悬架是汽车性能的关键部分，根据路面情况跟运行状态，改善控制的智能悬架来提高汽车安全性。为了改善汽车的舒适和安全行驶，提出汽车磁流半主动悬架控制方案，设计磁流减振器工作模式，改善力学特征，建立磁流变减振器模型，建立带磁流变展器模型，参数表基于控制理论，设置新型控制理论，以磁流变检测，变减震器改善控制技术，使悬架系统振动性能得到了很好的控制。

关键词：汽车;阻尼器;汽车磁流;悬架系统;现状分析

中图分类号：U463                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）14-0006-02

0  引言

随着汽车设计水平快速增长，已成为最基本的交通工具，汽车逐渐成为国家发展经济的一大支柱，也促进了社会的不断进步，悬架作为汽车的主要部分，对汽车平稳起着关键作用，悬架可以分为被动悬架、主动悬架。被动悬架与主动悬架的交互设计研究，受到了多方的重视，逐渐被应用在现在车辆上，对于主动悬架，被动悬架的力学性能跟控制效果虽然比较接近，但是双方造价成本都比较低。主悬架造价成本较低，耗能小，适合推广，符合现代发展前景，运用相关控制理论，结合计算机仿真技术来提高汽车自动控制系统的适应性、稳定性及行驶安全等，最后以提高舒适性为根本目的。目前，半主动悬架技术研究主要集中于磁流变化开发、磁流变减振器研制等中央集成系统的开发等。

1  国内外磁流理论研究现状

1.1 半主动悬架系统研究现状

为了提高汽车的舒适性，国外很早之前就提出半主动悬架这一方式，在1970年，美国加州教授提出半主动悬架理论思想，可用刚度调节或弹簧阻尼调节减震器来实现悬架，根据汽车弹簧质量，镇减速度作为反馈信号，按照控制算法规律来控制弹簧刚度，达到悬架阻尼减震状态。1980年，日本又提出三种减震状态开关，作用于半主动悬架系统，根据得到反馈信号，以开关调节内阻，利用阻尼可变阻尼器的特性来实现系统减震，这种控制方法成本较低，减震性更能好，非常接近主动悬架系统性能，在汽车领域发展非常广泛。而在我国很多高校进行了半主动悬架相关研究，提出了LQJ策略方案，以优质算法运用半主动悬架系统。后续又提出离散型控制系统，驾驶员可以运用手动挡或自动挡来控制减震器。其中，根据磁流变阻尼器研究提出，悬架系统可以成功在汽车检测达标，这是对基本磁流变阻尼半主动悬架发展的基本原理。近年来，神经网络控制线等智能控制方式是运用于半主动悬架系统，由于時限要求较高，并不完善，很多研究只停留在理论分析阶段，汽车适应不同路况，行驶的条件具有很大的局限性，针对磁流变阻尼器半主动悬架需要很大量的实验数据进行推测，我们必须克服困难，为我国半主动悬架控制系统做出贡献。

1.2 磁流变液技术研究

磁流变液技术包括颗粒性与积液，瓷硫颗粒通常具有高导磁性积液，具有较低粘性和较高工作温度，化学性质稳定，具有高抗磁穿特性。没有外部磁场时，磁流变液中磁铁颗粒非常随机，磁流液形态为流动液体，只需较小力即可使其流动，在磁场作用后，铁磁颗粒会沿着磁感线方向规律流动，随着磁场强度逐渐增大。磁铁颗粒沿磁场方向排列越来密切，液体逐渐变为半固体，需要提供更大的力才能使其流动，这种变化会在瞬间完成，而且可逆，这种磁场变化成为影响磁流变液的变化效应。在20世纪90年代的时候，国内学者也逐渐开始了磁流变液技术研究，我国在磁流变液制备性能测试等力学机理方面取得了很大的成果，在国家仪表研究中心制备磁流变液及检测技术方面有较高水平。

1.3 磁流变阻尼器研究现状

磁流变阻尼器研究可采用磁流变液制成新型磁流变阻尼器来实现系数及连续调节，具有结构体积小性能稳定等优点，在工程领域带来了新的突破，目前在基建车辆等多方领域均有运用。尤其是在汽车行业，半主动悬架已在高端车型中逐渐普及开来。电阻尼控制器是一项非常难的领域，必须要求设计精准，控制方式准确来保证输出具有良好的减震效果，相比制造领域迅速发展，控制器研究较少，主要集中在开环控制器方面。磁流变阻尼器的开环控制通常采用MSD模式控制器对其进行控制，这种控制效果非常好，影响反应速度快，尤其是精密程度非常依赖模型精准性与简洁性，同时保持精准性高的模型往往复杂，需要对模型进行简化，而简化后的模型丧失了原有的精准性，控制器的精度也无法达到要求，近年来有学者提出采用精神网络控制器，但是智能运算法需要处理器性能较高，模糊控制算法与其他相比比较简单，所以通常采用mer的智能控制法。后期要提出线性反馈控制方法，采用一模型作为补偿器的控制对象，可以改善闭环控制的精度及噪音问题。

2  悬架及汽车建模

2.1 悬架结构与分类

悬架作为汽车上最重要的部件与车轴和车身相互连接，主要提供的传递作用来保证车架与车轮之间的力与例句，缓解行驶过程中外界带传给车架的冲击，在和减小振动，保证汽车平稳行驶，使汽车具有较高的舒适性。那汽车的悬架结构一般由减震器跟弹簧元件导向结构组成，减震器也通常被称为缓震器，以改善阻尼器大小来控制振动，使汽车达到最好的减震状态，弹簧能保证汽车内做有非常高的舒适性，可以很好的吸收或释放能量稳定杆，与汽车减震器配合，提供稳定性。根据悬架装置的不同，可将悬架结构分为独立系统跟非独立系统，非独立悬架系统是由车轮的刚性轴车轮单位安装在整体车架上，是在独立系统中，车轮则相对独立，与车架没有相互连接。根据悬架系统的阻尼是否满足汽车行驶状态，悬架系统可分为被动悬架主动悬架，在被动悬架系统中，悬架系统的刚度和阻尼必须按照规定标准进行设计，是固定不变的，而在汽车行驶状态下无法对其进行控制，极大地降低了减震效果，而半主动悬架是阻尼可调空的，可以吸收储存能量，主动悬架采用可控原件组成，根据汽车的行驶状态跟路况进行时刻调整，保证汽车悬架达到最优状态。

2.2 半主动悬架控制策略

半主动悬架控制策略分为经典控制策略、现在控制策略和智能控制策略。半主动控制策略第一种是经典控制策略，主要包括天棚阻尼控制，是最具有代表性的经典控制策略，其控制思想通过虚拟空间进行弹簧载荷之间安装阻尼器来调整弹簧质量振动。该阻尼器就称为天棚阻尼器，是天棚阻尼控制策略的形变，根据车辆状态控制电流来保证车的正常运行，提高车运行平顺性，但是无法改变操控系数，尽管控制策略效果有限，但方便实现可靠性比较高，相对于其他控制相结合，可以很好的减震，因此，经典控制策略，在半主动悬架控制领域占有重大地位。第二种是现代控制策略，半主动悬架中的现代控制策略，包括自动适应控制等，其中二次型最优控制作为性能控制指标应对调节器，实现指标调节最优化，车辆须按系统控制，通常有三到四个线形控制，二次型最优化，即随机多量控制，在多目标控制方面具有非常突出的效果，但受到模型参数的影响比较大，车辆悬架系统作为参数非线性系统，常规策略很难达到预计效果，自动实行策略，根据系统参数及时变化调整，能在很大程度上改善系统参数带来的影响。第三种是智能控制策略，模糊控制是最常见的智能控制策略，它通过模仿人类规则来根据信号输入输出，将人类控制应用于智能悬架系统，仿真实验车身的垂向振动与俯仰振动都有较好的防护效果，根据车身实时振动修改，控制器虽然模糊控制效果比较好，但是稳定性能比较差，一辆车型模型在一定范围内有它相对应的自适应效果，超出这些范围，模糊控制效果无法实现，半主动悬架控制策略种类非常多，各种方法也都有自己的优势，往往运用两种及两种以上控制策略相互互补，因此，复合控制是车辆悬架控制系统中主要研究方向。

2.3 研究存在的不足

磁流液变技术及磁流变阻尼器的发展以来，国内外学者进行了很多设计测试，在悬架系统，控制理论方面都取得了很大的进展，然而控制模拟器及半主动悬架策略方面存在的很多问题，首先在研究过程中对数据进行建立M2D模型，因此要保证数据必须精准，数学模型的选择非常重要，而现有的各种MSD模型在精准简洁上存在着很大的矛盾，其次，在研究过程中常常采用开环控制方案对Led进行开环控制，虽然在仿真过程中有很高的精准性，但无法消除其误差，使用能力非常差，闭环理论控制系统的能力受非线性影响。使控制稳定性很差，因此MSD控制系统也是目前研究的问题之一，在控制理论也存在很多分支，可以应用于半主动悬架系统控制，但实际过程中人员倾向于简单算法，悬架系统控制属于多目标，选择性控制经典策略控制，往往指的是单目标控制效果较差，因此在经典控制策略上进行改进，提高均衡能力具有重要意义，为此保证车辆舒适性，被动悬架系统中的减震器与拉伸阻尼通常会产生很大的压缩阻尼系数，在半主动悬架系统中，这一问题很少被改善，因此，必须对产生的非对称阻尼力半主动悬架控制算法进行更深层次的研究来改善这些问题。

3  结语

随着社会的不断进步，人们对汽车舒适度要求也越来越高，汽车舒适度与汽车行驶平稳相关，互相有关联，而汽车平稳、平顺行驶与全驾驶系统有着相当密切的关联，悬架作为汽车最重要组成部分也是现在的研究重点，基于磁流变阻尼器半主动悬架系统可以很好的改善被动悬架在操控稳定性与舒适性之间上的矛盾，并具有耗能小、结构简单、防震等优点，半主动悬架作为汽车悬架应用较为广泛，因此，汽车悬架的主要研究都集中在磁流变阻尼器的半主动控制悬架上。虽然磁流变阻尼器的半主动控制悬架与车模型对整体车身减震效果较好，但是对于不同路面的综合要求，基于磁流变阻尼器的半控制系统，悬架汽车模型湿度较高，减震效果也较好，其中应用阻尼力可调范围较大的磁流变阻尼器的半主动控制悬架对车身模型减震作用，可以进行较好的改善，磁流变阻尼器的半主动控制对不同车型悬架控制系统影响效果不一样，因此，一定要特定汽车悬架制作相对应的变阻尼器来保证汽车乘坐舒适性。

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