【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 油路中增加一個(gè)節(jié)流孔，從而改變總的阻尼孔的面積，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求的有級(jí)變化的阻尼力。壓電驅(qū)動(dòng)方式是在減振器的活塞桿內(nèi)，安裝壓電執(zhí)行器和壓電傳感器。壓電執(zhí)行器由88個(gè)壓電元件疊加而成，在直流電壓作用下壓電元件會(huì)伸長(zhǎng)，該位移經(jīng)位移放大室放大到可以打開轉(zhuǎn)換閥，形成分流油路，從而獲得小阻尼。利用壓電傳感器可將前輪減振器檢測(cè)到的路面情況傳給電控單元，控制后輪減振器的阻尼。磁場(chǎng)控制的磁流變方式是利用電控單元發(fā)出的電壓或電流信號(hào)控制磁流變減振器內(nèi)變壓線圈產(chǎn)生高壓實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼的連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。永磁直流直線飼服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式則是由直線飼服電機(jī)直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率高、響應(yīng)迅速、靈敏度高、隨機(jī)性好、控制穩(wěn)定。目前，永磁直流直線伺服電機(jī)在航天飛行器中應(yīng)用廣泛應(yīng)用，其驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 最早提出的半主動(dòng)懸架控制方法是天棚阻尼控制方法，由于其控制算法簡(jiǎn)單，得到了廣泛的應(yīng)用。但天棚阻尼控制只能解決了懸架系統(tǒng)的舒適性而沒有很好解決操縱穩(wěn)定性問(wèn)題。因此，目前研究的重點(diǎn)是改進(jìn)型的天棚阻尼控制方法在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的應(yīng)用。 以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制不需要了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線調(diào)整，即可取得滿意的結(jié)果，不足的是對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化比較敏感，研究查表法參數(shù)控制PID和模糊控制方法在半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)中應(yīng)用有一定的實(shí)際的意義。 線性最優(yōu)控制方法在系統(tǒng)建模時(shí)忽略了高階動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，如車架輪胎的高階模態(tài)以及減振器，傳感器的動(dòng)態(tài)特性等所得到的控制參數(shù)是根據(jù)確定的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，僅對(duì)理想的數(shù)學(xué)模型保證預(yù)期的性能。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化到一定程度時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，控制參數(shù)不再使性能指標(biāo)最優(yōu)，有時(shí)甚至?xí)箲壹苄阅軔夯６鴮?shí)際的懸架系統(tǒng)是含有許多不確定因素的非線性、時(shí)變、 高階動(dòng)力系統(tǒng)，難以用定常反饋系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的性能要求。所以最優(yōu)控制方法在半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)中應(yīng)用很少。 自適應(yīng)控制方法應(yīng)用于汽車懸架控制系統(tǒng)有自校正控制和模型參考自適應(yīng)控制兩類控制策略。自校正控制是一種將受控對(duì)象參數(shù)在線識(shí)別與控制器參數(shù)整定想結(jié)合的控制方法，模型參考自適應(yīng)控制是在外界激勵(lì)條件和車輛自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)被控車輛的振動(dòng)輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ?。采用自適應(yīng)控制的車輛懸架阻尼減振系統(tǒng)改善車輛的行駛特性，在德國(guó)大眾汽車公司的底盤上得到了應(yīng)用。 模糊控制方法在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的應(yīng)用效果比常規(guī)控制方法有效，但模糊控制器的穩(wěn)定性只通過(guò)一些模擬過(guò)程測(cè)試，判斷其穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)還不存在；控制器只使用于一定的汽車參數(shù)；改變輪胎性能會(huì)使控制結(jié)果明顯變壞；路面性質(zhì)對(duì)控制效果影響較大。因此，模糊控制方法在半主動(dòng)懸架控制中應(yīng)用從理論上無(wú)法判定，只能通過(guò)系統(tǒng)實(shí)測(cè)才能確定。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由大量處理單元所組成的高度并行的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，其特點(diǎn)是可學(xué)習(xí)性和并行性，故在汽車懸架振動(dòng)控制中有廣泛的應(yīng)用前景，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不適于表達(dá)基于規(guī)則的知識(shí)，需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)須與其他控制方法相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制模式，才能具有更大的實(shí)際應(yīng)用。 總之，半主動(dòng)懸架控制方法較多，各種方法均有利弊，綜合應(yīng)用各種方法開發(fā)系統(tǒng)控制器是發(fā)展方向，從文獻(xiàn)分析看：日本、德國(guó)、韓國(guó)等汽車發(fā)達(dá)國(guó)家基本都是采用基于天棚阻尼控制理論，模糊控制理論和自適應(yīng)控制理論為主線的復(fù)合控制策略。 任何控制系統(tǒng)總存在不可避免的時(shí)滯，它會(huì)導(dǎo)致反饋控制系統(tǒng)預(yù)料外的失穩(wěn)，出現(xiàn)安全極為不利的輪跳。因此在汽車半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際車型研究和開發(fā)控制有效、實(shí)用簡(jiǎn)單、造價(jià)合理的控制器，并經(jīng)過(guò)大量的實(shí)車測(cè)試才能推廣應(yīng)用。 今后研究和開發(fā)工作展望隨著相關(guān)學(xué)科和高新技術(shù)的迅猛發(fā)展特別是高效處理器的普及，使得研究實(shí)用的半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。因此，今后的研究和開發(fā)方向是基于磁流液體功能材料，開發(fā)控制有效、能耗低、造價(jià)合理的汽車懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)，并針對(duì)車型開發(fā)其適用系統(tǒng)，為此，必須解決一些基礎(chǔ)性的理論研究問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題。開發(fā)實(shí)用的磁流變液可控減振器，研究各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)并改善其制造工藝性。在現(xiàn)有的磁流變液體中選擇或改進(jìn)并驗(yàn)證最佳配方，為此，需要進(jìn)行一系列減振器疲勞壽命實(shí)驗(yàn)和實(shí)車運(yùn)行實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證在實(shí)際使用條件下磁流變液體的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)用性。重點(diǎn)研究車輪跳動(dòng)和懸架行程位置傳感器，而汽車慣性傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角和車速傳感器選用目前已有的傳感器。車輪跳動(dòng)和懸架行程位置傳感器采用與可調(diào)減振器融為一體的結(jié)構(gòu)方式，以實(shí)現(xiàn)高度集成和高可靠性。智能控制器集成信號(hào)變換、CPU、驅(qū)動(dòng)電路為一體，并同時(shí)兼顧汽車其它電子控制系統(tǒng)的功能，為此，必須進(jìn)行大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，要實(shí)現(xiàn)最佳的控制目標(biāo)，控制策略的制定和控制規(guī)律、控制軟件的實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵。為減少反復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)，可以采用剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件針對(duì)半主動(dòng)懸架的實(shí)際使用汽車產(chǎn)品，建立完整的動(dòng)力學(xué)模型，然后模擬汽車行駛的各種工況，選擇多種不同的控制策略和控制規(guī)律，觀察汽車行駛平順性和穩(wěn)定性，重點(diǎn)研究控制元器件的響應(yīng)特性、執(zhí)行系統(tǒng)的非線性、不確定性和隨機(jī)性等實(shí)際因素的影響，智能控制策略的穩(wěn)定性，從而制定最佳的控制策略和控制規(guī)律，最終再結(jié)合實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)特定的汽車產(chǎn)品，選擇不同行駛工況進(jìn)行各種實(shí)車實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證半主動(dòng)懸架的減振效果，驗(yàn)證半主動(dòng)懸架系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各個(gè)部分改善和改良，最終研制成功基于半主動(dòng)懸架的新樣車。 目前，電流變已經(jīng)走向一定的成熟階段，但磁流變還在進(jìn)一步發(fā)展，其研究的深度還會(huì)加大。磁流變液是將微米尺寸的磁激化顆粒分散溶于絕緣載液中形成的特定非膠性懸浮液體，因而其流變特性隨外加磁場(chǎng)而變化，在無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)磁流變?yōu)榕ｎD流體，當(dāng)受到強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，其懸浮顆粒被感應(yīng)極化，彼此間相互作用形成粒子鏈，并在極短的時(shí)間相互作用，由流體變?yōu)榫哂幸欢羟星?yīng)力的粘塑體，隨著磁場(chǎng)的加強(qiáng)，其剪切屈服應(yīng)力也會(huì)響應(yīng)增大，這就是磁流變效應(yīng)。經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，磁流變液在磁場(chǎng)的作用下的剪應(yīng)力與剪切速度有一定的關(guān)系。磁流變減振器的工作原理：磁流變的工作模式主要有以下3種：流動(dòng)模式、剪切模式和擠壓模式，： （依次為：流動(dòng)、剪切、擠壓模式）流動(dòng)模式是在兩固定不動(dòng)的極板間充滿磁流變液體，而剪切模式是在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的極板之間充滿磁流變液體，二者都是外加磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變液體，使磁流變體的流動(dòng)性能發(fā)生變化，達(dá)到外加磁場(chǎng)控制阻尼力的目的。在上下兩極板之間充滿磁流變體，上極板為活動(dòng)板，下極板為固定板，外加磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變體，當(dāng)上極板沿磁場(chǎng)方向向下移動(dòng)時(shí)，磁流變體向四周流動(dòng)，控制外加磁場(chǎng)即可控制極板所受的阻尼力。 擠壓模式減振器具有小位移大阻尼的特點(diǎn)，主要用于精密儀器的減振。汽車磁流變減振器一般是基于流動(dòng)模式或是基于流動(dòng)模式和剪切模式的混合模式而設(shè)計(jì)的。 ，當(dāng)活塞與缸體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)擠油壓缸中的磁流變液，使其通過(guò)位于活塞的與缸體的間隙流向另一側(cè)；當(dāng)間隙加上由線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，則其中的磁流變液固化，變?yōu)檎乘苄泽w，使活塞與缸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻尼力增大，通過(guò)調(diào)節(jié)線圈的電流大小調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而可以調(diào)節(jié)減振器的阻尼力的大小。 基于剪切閥式磁流變減振器的阻尼力計(jì)算公式可表示為： 式中，G是流體的動(dòng)力黏度；是磁流變液的屈服剪應(yīng)力；為活塞正面受到壓力的有效面積；V為活塞與缸體的相對(duì)速度；L為活塞的長(zhǎng)度；D為缸體的內(nèi)徑；h為活塞與缸體間的間隙。 式中的第一項(xiàng)為粘性阻尼力，它不依賴于所加磁場(chǎng)，僅與流體速度粘度及減振器的幾何參數(shù)有關(guān)；第二項(xiàng)為庫(kù)侖阻尼力，它是隨磁流變也屈服剪切應(yīng)力隨之改變，由此形成阻尼力的改變因此。該部分是磁流變減振器實(shí)現(xiàn)可調(diào)阻尼控制的關(guān)鍵。2. 車輛模型的簡(jiǎn)化過(guò)程汽車是一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)所分析的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化。汽車的懸掛質(zhì)量為，它是由車身、車架及其上的總成所構(gòu)成。該質(zhì)量繞通過(guò)質(zhì)量的橫軸y的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，懸掛質(zhì)量通過(guò)減振器和懸架與車軸、車輪相連接。車輪、車軸構(gòu)成的非懸掛質(zhì)量為。車輪在經(jīng)過(guò)具有一定彈性和阻尼的輪胎支撐在不平的路面上。在討論平順時(shí)，這一立體模型的車身質(zhì)量主要考慮垂直，俯仰，側(cè)傾3個(gè)自由度,4個(gè)車輪質(zhì)量有4個(gè)垂直自由度,共7個(gè)自由度. 當(dāng)汽車對(duì)稱于其縱軸且左右車轍的不平度函數(shù)x(I)=y(I),此時(shí)車身只有垂直振動(dòng)Z和俯仰振動(dòng)φ, ，又因輪胎阻尼較小而阻尼可以忽略不記，同時(shí)把質(zhì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的車身按動(dòng)力學(xué)等效的條件分解為前軸上、后軸上及質(zhì)心C上的3個(gè)集中、。這3個(gè)質(zhì)量由無(wú)質(zhì)量的剛性桿連接，它們的大小由下述3個(gè)條件決定：（1）總質(zhì)量保持不變 ++=（2）質(zhì)心位置保持不變 ab=0。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值保持不變==+式中為繞橫軸Y的回轉(zhuǎn)半徑， a,b為車身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前后軸的距離。由條件（1）、（2）和（3）得出3個(gè)集中質(zhì)量分別為：= ==式中的l為軸距。 通常，令ξ=/ab，并稱其為懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。由上面3個(gè)式子可以看出當(dāng)ξ=1時(shí)，聯(lián)系質(zhì)量=0。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分汽車的ξ=～，即接近于1。在ξ=1的情況下，前后軸上方車身部分的集中質(zhì)量、的垂直方向運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。在ξ=1的情況下，當(dāng)前輪遇到路面不平度而引起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量運(yùn)動(dòng)而質(zhì)量不運(yùn)動(dòng)；反之也是這樣；因此，在這種特殊情況下。 在遠(yuǎn)離車輪部分固有頻率f(10～15Hz)的較低激勵(lì)頻率范圍下，輪胎變形很小，忽略其彈性與車輪質(zhì)量，得出分析車身垂直振動(dòng)的單質(zhì)量系統(tǒng)。 分析車身振動(dòng)的單質(zhì)量系統(tǒng)模型，它由車身質(zhì)量和彈簧的剛度K，減振器阻尼力系數(shù)C的懸架組成。q是輸入的路面不平度系數(shù)。 車身垂直位移坐標(biāo)Z的原點(diǎn)取在靜力不平度函數(shù)。根據(jù)牛頓第二定理，得到描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程為： 此方程的解是由自由振動(dòng)齊次方程的特解之和組成。令2n=c/,=k/,則齊次方程 式中的稱為系統(tǒng)固有頻率，而阻尼對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響取決n和的比值ξ，ξ稱為阻尼比 ξ=n/=c/2，屬于小阻尼，此時(shí)微分方程的解為： z=Asin(t+a)這個(gè)解說(shuō)明，有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量以有阻尼固有頻率=振動(dòng)，其振幅按衰減，： 阻尼比ξ對(duì)衰減振動(dòng)有兩方面的影響:其一，與有阻尼固有頻率有關(guān)；即 ==由上式可知,ξ增大, =1時(shí), =0, 比只下降了3%左右,在工程上可以近似認(rèn)為=,車身部分振動(dòng)的固有頻率(rad/s)、固有頻率為: =, ==其二，決定振幅的衰減程度, 其表達(dá)式為:d===對(duì)上式取自然對(duì)數(shù): In d=可以由實(shí)際測(cè)量的衰減振動(dòng)曲線得到減幅系數(shù)d,由下式求出阻尼比：ξ=車輛簡(jiǎn)化成兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)，其懸架由彈簧和減振器組成。它的特征參數(shù)為懸掛剛度K、阻尼器阻力系數(shù)C。在一定的路面輸入下可根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)平順性指標(biāo)和行駛安全性指標(biāo)的綜合要求，把彈簧動(dòng)擾度指標(biāo)作為約束條件，進(jìn)行優(yōu)化選擇。對(duì)于懸架，一旦特性參數(shù)選定后無(wú)法更改，稱為被動(dòng)懸架。它的特點(diǎn)是不能滿足使用工況的變化，如汽車空載、滿載時(shí)，懸掛質(zhì)量（車身質(zhì)量）會(huì)有較大的變化；另外，車速和路況在使用過(guò)程中也會(huì)有較 大差異，路面輸入不同對(duì)平順性和行駛安全性要求的側(cè)重點(diǎn)也相應(yīng)不同。被動(dòng)懸架的特性參數(shù)不能根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和路面輸入的變化來(lái)進(jìn)行控制調(diào)整，因此在使用工況變化時(shí)，無(wú)法滿足汽車綜合性能的較高要求。近年來(lái)，隨著電控技術(shù)在汽車上廣泛應(yīng)用和隨動(dòng)液壓技術(shù)的發(fā)展，主動(dòng)和半主動(dòng)懸架懸架技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用，以適應(yīng)進(jìn)一步改善汽車的平順性和行駛安全性的要求。半主動(dòng)懸架的核心部分是采用可調(diào)阻尼減振器，其控制邏輯有的和主動(dòng)懸架類似是閉環(huán)（一般用液壓缸作為主動(dòng)力發(fā)生器，代替懸架的彈簧和減振器，由外部高壓液體提供能源，用傳感器測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)信號(hào)，反饋到電控單元，然后由電控單元發(fā)出指令控制力發(fā)生器，產(chǎn)生主動(dòng)控制力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，夠成閉環(huán)控制）也有根據(jù)車速等參數(shù)進(jìn)行開環(huán)控制的，它消耗的全部能量只用來(lái)驅(qū)動(dòng)控制閥，故能量消耗小。下面對(duì)簡(jiǎn)化的車身的兩個(gè)自由振動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)懸架的控制效果進(jìn)行介紹（1）運(yùn)動(dòng)方程：。其運(yùn)動(dòng)方程為： 以上兩個(gè)式子中，u為主動(dòng)控制力，它可根據(jù)控制策略選擇系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變量、的各種線性控制組合。（車身與車輪兩個(gè)自由度主動(dòng)與半主動(dòng)模型）作為一個(gè)例子，在此的表達(dá)式選擇如下： 式中，、為根據(jù)優(yōu)化得到的反饋系數(shù)。將u代入運(yùn)動(dòng)方程，則可以得到： …………………………………………….(1) ……………………………….(2)因?yàn)橹鲃?dòng)控制力u是通過(guò)裝在質(zhì)量、之間的液壓缸產(chǎn)生的，故主動(dòng)控制力u對(duì)，的作用力始終大小相等、方向相反。 （2）主動(dòng)懸架系統(tǒng)的傳遞特性與控制效果 根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)方程,可以得出主動(dòng)控制力u采用各種不同控制策略時(shí)系統(tǒng)的傳遞特性。 主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架系統(tǒng)各環(huán)節(jié)傳遞特性（從左到右依次為：｜｜、｜｜、｜｜主被動(dòng)傳遞特性對(duì)比）(1)(2)所示的主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架系統(tǒng)各環(huán)節(jié)傳遞特性的對(duì)比。圖中：被動(dòng)懸架系統(tǒng)的參數(shù)為=24 kg，=240 kg，k=9 4