【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 即振蕩性的。阻尼大，振蕩小，即超調(diào)量小，說明系統(tǒng)過渡過程進(jìn)行的平穩(wěn)。上述五個(gè)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，基本上可以體現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的特征。在實(shí)際應(yīng)用中，常用的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)多為上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。通常，用Rt或Pt評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；用 σ %評(píng)價(jià)系統(tǒng)的阻尼程度；而St是同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指標(biāo)。 汽車懸架動(dòng)力學(xué)模型研究者們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車可控懸架控制律時(shí)，采用最為廣泛的的模型是1/4車輛模型，此模型只有一個(gè)車輪，是車輛沿橫豎軸方向?qū)ΨQ分割后的任意一個(gè)角，它基本能反映評(píng)價(jià)汽車懸架性能的一些基本參數(shù)的特性:簧載質(zhì)量加速度、懸架動(dòng)撓度與輪胎動(dòng)載荷等，但不能用來研究整車的姿態(tài)控制，但，與復(fù)雜的整車模型比較，1/4單輪車輛模型具有以下優(yōu)點(diǎn):① 可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)輸入；② 容易理解設(shè)計(jì)與性能之間的關(guān)系；③ 所涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能參數(shù)最少[24]。因此，本文選擇了1/4汽車模型作為研究模型，對(duì)磁流變半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。為了便于對(duì)行駛動(dòng)力學(xué)模型建立的理解，首先從七自由度整車模型開始介紹[25]。假定車身是一個(gè)剛體，車身、車架及其上的總成構(gòu)成了車輛的懸掛質(zhì)量ms:，車輪、車軸構(gòu)成了非懸掛質(zhì)量mu，Iy是懸掛質(zhì)量ms繞通過質(zhì)心的橫軸y的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。此時(shí)車輛在水平面做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，車身具有三個(gè)自由度。由于四個(gè)車輪的非懸掛質(zhì)量mu有四個(gè)自由度，在此基礎(chǔ)上還要增加一個(gè)垂向自由度，因此，就形成了八自由度的整車系統(tǒng)模型。 簡(jiǎn)化的汽車模型當(dāng)車輛對(duì)稱于縱軸線且左、右車軸的不平度函數(shù)x(I)=y(I)時(shí)，此時(shí)車身沒有繞x軸的角振動(dòng)，只有垂直振動(dòng)z和繞y軸縱向角振動(dòng)θ，這時(shí)七自由度模型就簡(jiǎn)化為四自由度的半車模型。 簡(jiǎn)化的1/2汽車模型在動(dòng)力學(xué)等效處理中，車輛振動(dòng)系統(tǒng)的三個(gè)等效質(zhì)量必須滿足三個(gè)力學(xué)條件，即把質(zhì)量為ms，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iy的車身分解為前軸上、后軸上及質(zhì)心C上的三個(gè)集中質(zhì)量msf，msr及msc，這里忽略輪胎阻尼?？傎|(zhì)量不變: （）質(zhì)心位置不變： （）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變： （）式中，a、b分別為車身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前、后軸的距離，幾—繞橫軸y的回轉(zhuǎn)半徑。三個(gè)集中質(zhì)量可由公式()、()、()求得: （）其中，L為前、后軸軸距。由上述幾個(gè)公式可知，如果，則。為零。這時(shí)前、后軸垂直方向的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，不產(chǎn)生禍合。通常橋車的車輛參數(shù)大多近似滿足這一條件，且msc很小，說明橋車前后部分之間的相互影響很小，即禍合關(guān)系很小?？梢姡承┣闆r下四自由度半車模型問題可進(jìn)一步簡(jiǎn)化成兩個(gè)子問題，即:前懸架決定msf質(zhì)量快的運(yùn)動(dòng)。后懸架決定msr質(zhì)量快的運(yùn)動(dòng)。而輪距之間任何位置的運(yùn)動(dòng)則可由幾何關(guān)系方便地求出。因此，每個(gè)問題只需通過一個(gè)簡(jiǎn)單的單輪車輛模型來研究，即簡(jiǎn)化后的1/4車輛模型。 1/4單輪車輛兩自由度的汽車懸架系統(tǒng)的振動(dòng)模型在車輛可控懸架控制歸律研究中應(yīng)用得最多的和最基本的模型就是1/4車輛模型。1/4車輛模型的特點(diǎn)是是車輛橫豎分割后的任意一個(gè)角，它能基本能反映汽車懸架中簧載質(zhì)量加速度、懸架動(dòng)撓度和輪胎動(dòng)載荷這些有關(guān)懸架性能的基本參數(shù)的特性。: （）其中，—簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量；，—懸架彈簧剛度和輪胎剛度；,—路面位移，簧載質(zhì)量位移和非簧載質(zhì)量位移；—阻尼器的阻尼系數(shù)。對(duì)()式進(jìn)行拉氏變換，可得: ()解方程組得 （） 其中由此可得，簧載質(zhì)量振動(dòng)加速度相對(duì)于路面輸入的傳遞函數(shù)為: （）懸架動(dòng)撓度相對(duì)于路面輸入的傳遞函數(shù)為: （）輪胎動(dòng)載荷相對(duì)于路面輸入的傳遞函數(shù)為 （） 某微型車懸架系統(tǒng)的主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值簧載質(zhì)量210 Kg非簧載質(zhì)量30 Kg彈簧剛度16000 N/m 某微型車懸架系統(tǒng)的主要參數(shù)減震器阻尼系數(shù)200 Ns/m輪胎剛度160000 N/m 懸架狀態(tài)方程模型的建立根據(jù)懸架的1/，由于磁流變減振器的阻尼力由庫倫阻尼力和粘滯阻尼力兩部分組成。假設(shè)磁變液的粘度系數(shù)為常數(shù)，一旦減振器的幾何尺寸確定，庫侖阻尼力只是磁流變液屈服應(yīng)力的函數(shù)，屈服應(yīng)力受磁場(chǎng)強(qiáng)度控制，因而可以認(rèn)為庫侖阻尼力只是勵(lì)磁電流的函數(shù)，而這時(shí)的粘滯阻尼力只是活塞運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)，那么磁流變阻尼器的阻尼力可表示為: （）式中，庫倫阻尼力 ()粘滯阻尼系數(shù) () 磁流變半主動(dòng)懸架1/4模型根據(jù)25所示的模型，可以建立汽車磁流變半主動(dòng)懸架的動(dòng)力學(xué)方程式如下 ()其中，—簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量；，—懸架彈簧剛度和輪胎剛度；,—路面位移，簧載質(zhì)量位移和非簧載質(zhì)量位移；Ce FMR—粘滯阻尼系數(shù)和庫倫阻尼力。由于系統(tǒng)具有路面激勵(lì)和控制力兩個(gè)輸入，因此運(yùn)用現(xiàn)代控制理論分析系統(tǒng)響應(yīng)更為方便。取狀態(tài)變量 ()其中，，系統(tǒng)輸出變量為 ()其中，，分別表示簧載質(zhì)量加速度，懸架動(dòng)撓度、輪胎動(dòng)載荷和非簧載質(zhì)量速度。方程組（）可改寫為 （）其中，狀態(tài)矩陣，輸入矩陣，輸出矩陣，直接傳遞矩陣， 本章小結(jié)對(duì)車輛懸架系統(tǒng)而言，其性能可用簧載質(zhì)量加速度、懸架動(dòng)撓度與車輪動(dòng)載荷這三個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文中的磁流變半主動(dòng)懸架的控制研究，選擇了這三個(gè)參數(shù)來定量評(píng)價(jià)懸架動(dòng)態(tài)性能。選擇路面輸入為一理想的階躍響應(yīng)。對(duì)汽車的振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化，并由此建立了1/4車輛懸架的動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，選取合適的狀態(tài)變量，得出了汽車懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。3 磁流變半主動(dòng)懸架控制策略仿真與分析 matlab簡(jiǎn)介本文主要的研究工具是基于數(shù)字計(jì)算機(jī)的MAILAB/simulink仿真軟件。MATLAB是目前世界上最常用的以數(shù)值計(jì)算為主的軟件，其圖形化仿真平臺(tái)Simulink能建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、仿真和分析，方便用戶不斷地完善設(shè)計(jì)。它的建模范圍很廣，對(duì)于任何可以用數(shù)學(xué)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模，還適用于實(shí)時(shí)控制，具有很強(qiáng)直觀性、實(shí)用性、靈活性。Simulink還具有如下優(yōu)點(diǎn)[26]:方便友好的界面環(huán)境、直觀的模塊化操作且允許自定義模塊、允許多種語言編程、豐富的可視功能、無縫使用相關(guān)分析工具、子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利于復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理等等。Simulink通過操作各個(gè)功能模塊進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建。功能模塊本質(zhì)是用圖形化方法封裝的各種函數(shù)，用戶只要知道這些模塊的輸入、輸出及功能，而不用知道其內(nèi)部的代碼實(shí)現(xiàn)，通過直觀、簡(jiǎn)潔的模塊連接來代替繁瑣的函數(shù)操作。simuhnk提供了如下一系列按功能分類的基本模塊庫:連續(xù)模塊庫(Coniinuous)、離散模塊庫(Diserete)、數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(Math)、輸入信號(hào)源模塊庫(Sources)、輸出模塊庫(Sinks)、端口與子系統(tǒng)模塊庫(portsamp。Subsystems)、用戶自定義模塊庫(Use Defined Functions)等，這些大部分也是本文仿真需要用到的模塊庫。其中，自定義模塊庫可以實(shí)現(xiàn)simuhnk的功能擴(kuò)展，用戶可以根據(jù)需要通過語言編程建立獨(dú)特的功能模塊，并被調(diào)用。在simulink構(gòu)建好仿真對(duì)象后，仿真參數(shù)的設(shè)置非常重要，必須合理的設(shè)置仿真時(shí)間和仿真步長(zhǎng)、選擇解法器的類型等，不同的解法器具有不同的使用范圍和數(shù)值精度。運(yùn)行仿真結(jié)束后，可對(duì)輸出模塊如示波器的可視化結(jié)果及各狀態(tài)變量進(jìn)行分析，并進(jìn)一步修正或調(diào)整。天棚阻尼控制 (ShyhookControl)是由在1974年Karnopp等人在提出的一種經(jīng)典的汽車懸架控制方法。它的特點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、車本低廉，因此在懸架半主動(dòng)控制研究中得到了最為廣泛的應(yīng)用，甚至在一些商業(yè)車型中也得到了一定程度的應(yīng)用。在許多參考文獻(xiàn)中，研究者們常常把天棚阻尼控制作為新控制算法的比較對(duì)象。，它假設(shè)將減振器安裝在簧載質(zhì)量m。與虛擬的慣性空間Sky之間，理想天棚阻尼力為： （）式中的為天棚阻尼系數(shù)。 天棚阻尼控制模型： （）式中的各個(gè)系數(shù)如下： ：簧載質(zhì)量；：非簧載質(zhì)量； ：懸架彈簧剛度； ：輪胎剛度 ：路面位移；：彈簧質(zhì)量位移； ：非彈簧質(zhì)量位移；: ()解方程得： （）由式（）得輪胎著地性傳遞函數(shù)為：