汽车磁流变半主动悬架系统的联合模态控制

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1、万方数据第19卷第3期振动工程学报V01．19No．31111篁!旦!呈竺三呈皇!呈!兰皇望垒呈呈曼坠墅呈竺垒塑：兰呈：!!!!汽车磁流变半主动悬架系统的联合模态控制王波1’2，王荣秀3，殷学纲2，陈伟民4，廖昌荣4，余淼4(1．重庆工学院数理学院，重庆400050；2．重庆大学工程力学系，重庆400044；3．重庆工商大学计算机学院，重庆40006734．重庆大学光电工程学院，重庆400044)摘要：提出了带有4个磁流变可控阻尼器的汽车半主动悬架的7+k自由度动力学模型及其闭环控制方程．基于此模型，用2个

2、可控阻尼器对系统的两个最大的模态实施独立模态控制，而另外两个可控阻尼器则对其余的模态实施耦合模态控制，并实时地根据传感器所获得的相关信息提取系统的模态坐标，实时跟踪最大模态，切换主控模态，并对其实施独立模态控制。这种独立／耦合模态联合控制方法，可以较好地发挥独立与耦合模态控制的优点而避免其缺点。仿真实例证实了独立／耦合模态联合控制具有比单独采用独立模态控制及耦合模态控制时更好的控制效果。关键词：汽车；半主动控制；磁流变阻尼器；联合模态控制中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1004—4523(20

3、06)03—0313—06引言随着人们对乘座舒适性要求的提高，对汽车行驶平顺性问题的研究也越来越引起人们的关注。磁流变可控阻尼器具备能耗小、设备相对简单、可以在毫秒级内实现无级调节等优点，因而成为对汽车悬架系统实施半主动控制的首选作动器，对汽车磁流变半主动悬架的研究己成为汽车平顺性问题研究的一个热点‘1～8。。目前，在对汽车平顺性问题的研究中较常用的车辆动力学模型是2自由度模型，其最大优点是简单，只考虑车身垂直方向的位移，且将四个阻尼器(车轮与部分车架及其连接部件等)简化为各自独立的二自由度系统，各种控制方

4、法易于实现，但2自由度模型是一种较简化的模型，舍去了部分系统动力学特征信息(如车身的侧倾与俯仰)，因此不是一种较理想的汽车动力学模型。较合理的动力学模型是全车模型，即7自由度模型[2’5]，但这种模型没有考虑到车上乘员或货载的变化，而这些变化对车辆的动力学特性有较大的、明显的影响，因此也会对其闭环控制系统的控制律及控制效果有一定的影响。基于此，本文提出了7+是自由度模型——即在全车模型的基础上，再考虑司机乘座系统(8自由度模型)和各个乘员一座椅系统[9]。这样一种模型能较全面地反映车辆舒适性研究中所感兴趣的

5、问题——乘员(质量)的垂直振动，车身的垂直、俯仰及侧倾振动，以及车轮的跳动。由于一般只在4个车轮悬挂处各安装1个磁流变可控阻尼器，作动器数量受限，这对于多自由度动力学系统模型在系统的物理空间中对其实施振动主动控制，并要满足可控性与可观性的要求存在很大的困难，因此，7+五自由度模型不易在物理空间中实现系统的控制律设计。但是如果考虑到多自由度线性振动系统的模态叠加原理，对于车辆的多自由度动力学系统，对其实施模态控制应该是一种合理与可行的选择，而且在模态空间可以实现最优控制。模态控制方法一般可分为独立模态控制与耦

6、合模态控制口引，其中独立模态控制具有计算量小、设计方便、稳定性好等优点，但要求较多的作动器(其数量至少应等于受控模态数)；耦合模态控制则可用较少的作动器控制较多的模态，但其计算量较大、设计与实施较困难。若对系统的受控模态中少数的模态(模态坐标较大者)实施独立模态控制，而对其余受控模态实施耦合模态控制，这样一种将独立模态控制与耦合模态控制相结合的控制方法可以在相当大的程度上保留两者的优点而克服其不足。1汽车7+七自由度动力学模型1．1汽车半主动悬架的7+七自由度模型若以小轿车为研究对象，则其(7+志)模型就是

7、11(7+4)自由度动力学模型，如图1所示。收稿日期：2005—09—02；修订日期：2006—02—15基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(51035030)；重庆工学院博士基金资助项目(2004ZD89)对于新人们来说，一辆装饰着鲜花和彩带的漂亮婚车是结婚过程中必不可少的，而气派大、空间大的豪华婚车阵容则更能一圆渴望的梦想。在这个追求个性化的年代，选择什么样的婚车，不仅渠道多，价格差异也大，就看新人们以怎样的经济实力和巧妙心思来勾画新生活的开始了。婚车的发展自行车、拖拉机、大客车、桑塔纳、凯迪拉克…

8、…不同时代流行不同的婚车。几十年来婚车的变化，折射的是百姓幸福生活的变迁史。60年代接新娘得用自行车流行婚车：自行车http://www.hzmeizhilv.com/时代的车轮迈入了上个世纪70年代，婚车的轮子也发生了质的变化，在马达轰鸣声中，拖拉机成为了无数年轻人的流行婚车。70年代接新娘有了“机动车”流行婚车：拖拉机、卡车从自行车到拖拉机，婚车的轮子在发生变化的同时，也预示着美好的生活在提速，而这种速度提升