“惯容-弹簧-阻尼”半主动悬架鲁棒控制研究

刘丹琦

江苏大学汽车学院

“惯容-弹簧-阻尼”半主动悬架鲁棒控制研究

刘丹琦

江苏大学汽车学院

为解决“惯容-弹簧-阻尼”半主动悬架控制过程存在系统鲁棒问题，提出一种基于液压惯容器的ISD悬架的模糊控制算法。介绍了液压惯容器的结构及工作原理，构建了液压惯容器ISD悬架的半车模型，搭建了相应模糊控制器，在matlab/simulink环境下，对液压惯容器ISD悬架平顺性进行仿真分析，仿真表明，与传统液压式ISD悬架相比，加有模糊控制器的液压式ISD悬架可以有效降低车身垂直振动加速度。

ISD半主动悬架；模糊控制；仿真

引言

惯容器最早最早由剑桥大学学者Smith首先提出，并设计了齿轮齿条式和滚珠丝杠式惯容器[1-2]，其研究结果表明，惯容器针对汽车综合性能尤其是隔振性能有很大的提升，2006年台湾学者王富正将惯容器应用到火车悬架中[3]，改善了火车的乘坐舒适性、系统动态性能及稳定性。随着机电相似理论的完善，近年来国内学者在悬架中引入惯容器，提出了ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架的概念，并证实应用惯容器能够提高悬架隔振性能。

目前ISD悬架普遍都是被动结构，无法有效体现ISD悬架性能，部分论文研究了ISD悬架半主动控制，然而其鲁棒性问题仍未有效解决。现针对ISD半主动悬架鲁棒性问题提出模糊控制，在此基础上对液压惯容器的结构进行分析计算，构建了基于液压惯容器的ISD悬架半主动悬架模型，搭建了相应模糊控制器，仿真分析了该型悬架的性能。

1、动力学建模

图1 ISD半主动控制悬架

悬架动力学方程为：

2、模糊控制器设计

为了增强悬架系统的鲁棒性，采用模糊控制对悬架系统中电磁阀开闭进行控制从而实现悬架的模式切换，以使设计悬架性能进一步完善。

选取液压ISD悬架的垂直加速度输入信号e以及垂直加速度输入变化率ec作为模糊控制器输入信号，输出信号为电磁阀的开闭。将输入的误差(e)和误差微分(ec)分为5个模糊集：NB(负大)， NS(负小)，ZO(零)，PS(正小)，PB(正大)。将输出u分为2个模糊集：0(关联ISD模式的电磁阀开，关联互联悬架模式的电磁阀闭)，1(关联ISD模式的电磁阀闭，关联互联悬架模式的电磁阀开)，为避免出现失控现象，本控制器转向角信号e论域设为{-0.4, 0.4}，转向角变化率ec的论域设为{-0.4, 0.4}，节流阀开度的论域设为{0, 1}。对于输入量误差(e)，误差微分(ec)都采用高斯型的隶属函数(gaussmf)，对于输出量u采用三角形隶属函数(trimf)。其模糊规则控制表如表1所示。

表1 模糊控制策略规则

3、“惯容-弹簧-阻尼”半主动悬架仿真分析

采用模糊切换方法对液压互联ISD半主动悬架系统进行仿真分析，与被动ISD悬架进行对比仿真。设计路面工况：车辆以20m/s速度行驶在B级路面，在此工况下，以质心垂直加速度和侧倾角加速度进行仿真计算，其仿真结果如图2所示。

图2 垂直加速度

由仿真结果可知，图2中采用模糊控制的ISD半主动悬架性能优于传统被动ISD悬架。

4、结论

针对液压ISD半主动悬架鲁邦问题，提出一种模糊切换策略，从而有效提升ISD悬架性能。

[1] SMITH M C.Force-contronlling mechanical device[P].UK，PCT/ GB02/03056.2002.

[2] 聂佳梅， 张孝良.惯容器模型结构探索[J].机械设计与研究，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.