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        “慣容-彈簧-阻尼”半主動懸架魯棒控制研究

        2016-07-25 01:22:44劉丹琦
        環(huán)球市場 2016年22期
        關(guān)鍵詞:半主動模糊控制懸架

        劉丹琦

        江蘇大學(xué)汽車學(xué)院

        “慣容-彈簧-阻尼”半主動懸架魯棒控制研究

        劉丹琦

        江蘇大學(xué)汽車學(xué)院

        為解決“慣容-彈簧-阻尼”半主動懸架控制過程存在系統(tǒng)魯棒問題,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加速度。

        ISD半主動懸架;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,慣容器針對汽車綜合性能尤其是隔振性能有很大的提升,2006年臺灣學(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)動態(tài)性能及穩(wěn)定性。隨著機(jī)電相似理論的完善,近年來國內(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懸架普遍都是被動結(jié)構(gòu),無法有效體現(xiàn)ISD懸架性能,部分論文研究了ISD懸架半主動控制,然而其魯棒性問題仍未有效解決?,F(xiàn)針對ISD半主動懸架魯棒性問題提出模糊控制,在此基礎(chǔ)上對液壓慣容器的結(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、動力學(xué)建模

        圖1 ISD半主動控制懸架

        懸架動力學(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,采用模糊控制對懸架系統(tǒng)中電磁閥開閉進(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,輸出信號為電磁閥的開閉。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,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),為避免出現(xiàn)失控現(xiàn)象,本控制器轉(zhuǎn)向角信號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)流閥開度的論域設(shè)為{0, 1}。對于輸入量誤差(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”半主動懸架仿真分析

        采用模糊切換方法對液壓互聯(lián)ISD半主動懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,與被動ISD懸架進(jìn)行對比仿真。設(shè)計(jì)路面工況:車輛以20m/s速度行駛在B級路面,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半主動懸架性能優(yōu)于傳統(tǒng)被動ISD懸架。

        4、結(jié)論

        針對液壓ISD半主動懸架魯邦問題,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.

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