“慣容-彈簧-阻尼”半主動懸架魯棒控制研究

劉丹琦

江蘇大學汽車學院

“慣容-彈簧-阻尼”半主動懸架魯棒控制研究

劉丹琦

江蘇大學汽車學院

為解決“慣容-彈簧-阻尼”半主動懸架控制過程存在系統魯棒問題，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構及工作原理，構建了液壓慣容器ISD懸架的半車模型，搭建了相應模糊控制器，在matlab/simulink環境下，對液壓慣容器ISD懸架平順性進行仿真分析，仿真表明，與傳統液壓式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學者Smith首先提出，并設計了齒輪齒條式和滾珠絲杠式慣容器[1-2]，其研究結果表明，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年臺灣學者王富正將慣容器應用到火車懸架中[3]，改善了火車的乘坐舒適性、系統動態性能及穩定性。隨著機電相似理論的完善，近年來國內學者在懸架中引入慣容器，提出了ISD(Inerter-Spring-Damper)懸架的概念，并證實應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構，無法有效體現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。現針對ISD半主動懸架魯棒性問題提出模糊控制，在此基礎上對液壓慣容器的結構進行分析計算，構建了基于液壓慣容器的ISD懸架半主動懸架模型，搭建了相應模糊控制器，仿真分析了該型懸架的性能。

1、動力學建模

圖1 ISD半主動控制懸架

懸架動力學方程為：

2、模糊控制器設計

為了增強懸架系統的魯棒性，采用模糊控制對懸架系統中電磁閥開閉進行控制從而實現懸架的模式切換，以使設計懸架性能進一步完善。

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個模糊集：NB(負大)， NS(負小)，ZO(零)，PS(正小)，PB(正大)。將輸出u分為2個模糊集：0(關聯ISD模式的電磁閥開，關聯互聯懸架模式的電磁閥閉)，1(關聯ISD模式的電磁閥閉，關聯互聯懸架模式的電磁閥開)，為避免出現失控現象，本控制器轉向角信號e論域設為{-0.4, 0.4}，轉向角變化率ec的論域設為{-0.4, 0.4}，節流閥開度的論域設為{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(gaussmf)，對于輸出量u采用三角形隸屬函數(trimf)。其模糊規則控制表如表1所示。

表1 模糊控制策略規則

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ISD半主動懸架系統進行仿真分析，與被動ISD懸架進行對比仿真。設計路面工況：車輛以20m/s速度行駛在B級路面，在此工況下，以質心垂直加速度和側傾角加速度進行仿真計算，其仿真結果如圖2所示。

圖2 垂直加速度

由仿真結果可知，圖2中采用模糊控制的ISD半主動懸架性能優于傳統被動ISD懸架。

4、結論

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.慣容器模型結構探索[J].機械設計與研究，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.