基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统模糊半主动控制

　　汽车行驶过程中,悬架系统应能够在多种路面输入状态下,不同的行驶状态下(加速、减速、转弯、制动)保证车辆舒适和安全。主动悬架是可以实现这一目的。但是,由于主动悬架系统的复杂性、高成本和高能耗,其实用性和广泛应用受到了极大的限制。基于仅通过调节装置而改变悬架系统阻尼的半主动悬架系统倍受关注。在半主动悬架系统中,应用机械多级可调阻尼器和连续可变阻尼器是最广泛使用的阻尼器[1,2]。

　　近年来,磁流变阻尼器受到学术界和工业界的广泛研究和关注。Dyke[3]等人已进行了应用单个磁流变阻尼控制三层建筑的试验。由于磁流变阻尼是通过电流改变,产生磁场变化改变磁流变液体的特性而产生阻尼的。它根除了机械阀控制开口大小的机械响应滞后,其阻尼特性的改变响应快(毫秒级范围),同时还具有仅需用较小的输入功率和阻尼特性对温度不敏感等优点[4,7]。由于磁流变阻尼器的非线性和建模困难性,真正的精确模型需要进行大量的试验和建模工作才能实现。因此,探索模糊控制技术在磁流变阻尼半主动悬架系统中的应用是很有必要的[5,8]。

　　1　磁流变液与磁流变阻尼器

　　磁流变液的流变特性在外加磁场作用下,液体中被感应的悬浮颗粒产生偶极距,通过偶极子之间的相互作用,形成与外加磁场方向平行的链状结构。在强磁场作用下,磁流变液会变成类似“固态”的状态,其流动性几乎消失。当磁流变液受到剪切时,使这些链状结构剪切变形所需要的机械能随外加磁场的增加而增加,从而剪切应力增加[4]。试验研究表明流变液的剪切应力不是剪切速率的线性函数。τ~关系曲线中的斜率,即表观粘性系数ηap随的上升而下降,即存在所谓剪切变稀现象。同时,磁流变液表现出弹塑性特性,呈现出一定的屈服应力y。当 ≤y时,磁流变液呈现出粘弹性特性;当>y时,磁流变液表现为塑性特性,出现流动。屈服应力y随外加磁场强度的增加而增加。因此,根据试验研究可得若计入磁感强度B影响的磁流变液τ.γ关系模型[4]

　　根据磁流变阻尼器结构(LORD公司研制RD-1005型磁流变阻尼器)、磁流变液本构关系和试验研究可得磁流变阻尼器活塞杆上的输出力Fd(t)的非线性滞回模型[6]

　　式中f0为由磁流变阻尼器的气体蓄能器的气压产生的偏置力,Cb为屈服后的粘性阻尼系数,fy磁流变液的屈服力为活塞杆的速度和加速度,.u0、k为表示滞回特性的残余速度和形态系数。fy、Cb、.u0、k随磁感强度B的变化而改变。因此,磁流变阻尼器活塞杆上的输出力Fd(t)可随施加电压而变化,从而实现半主动控制[3,6,7]。