关于具有可变阻尼系数限制的半主动悬架系统性能的参数研究

0 AASRI Procedia  4 ( 2013 )  154 – 15902212-6716 © 2013 The Authors. Published by Elsevier B.V.under responsibility of American Applied Science Research Institute doi:10.1016/j.aasri.2013.10.0240ScienceDirect02013 AASRI智能系统和控制会议0半主动悬挂性能的参数研究0具有可变阻尼系数限制的系统0Abroon Jamal Qazi a, *0, Afzal Khan b , M. Tahir Khan b , Sahar Noor b r0摘要0研究论文涉及使用Simulink环境中的四轮汽车模型对半主动悬挂系统进行建模。为了调节阻尼系数的值，使用模糊逻辑控制器通过模糊工具箱进行建模。选择了三个不同的阻尼系数限制，以分析系统的舒适性响应。模型了一个由两个正弦曲线组合而成的路面扰动轮廓，并模拟了三个半主动悬挂系统。选择悬挂位移和速度参数作为舒适性的指标。结果表明，阻尼系数限制为4000N s/m的系统表现出优势。优化的系统在满足最小超调百分比和快速稳定时间要求方面表现良好。0关键词： 半主动悬挂； 阻尼系数； 模糊逻辑控制器； 舒适性01. 引言0悬挂系统分为三类，即被动悬挂、半主动悬挂和主动悬挂。0一个被动系统包括一个具有固定特性的阻尼器和弹簧。半主动系统具有0*通讯作者。电话：+923455420132。电子邮件地址：abroon.mech@suit.edu.pk.0在线上查看：www.sciencedirect.com0© 2013 由Elsevier B.V.出版。由美国应用科学研究0在CC BY-NC-ND许可下开放访问。0在CC BY-NC-ND许可下开放访问。0155  Abroon Jamal Qazi等 /  AASRI Procedia  4 ( 2013 )  154 – 1590能够调节阻尼器的阻尼系数，但阻尼力的方向取决于弹簧质量和非弹簧质量之间的相对速度。在主动悬挂的情况下，引入了一个不受相对速度影响、能够提供力的执行器。半主动悬挂系统在提高乘坐舒适性和道路操纵性方面表现更好，同时将复杂性和成本降到最低。该系统包括一个可以调节阻尼系数的阻尼器。半主动系统被归类为特性可以快速改变的系统（通常在100毫秒内）[1]。这些系统仍然可以存储能量（弹簧）或耗散能量（阻尼器）。通过调整阻尼器中的孔隙面积，调节阻尼力，从而改变流体流动阻力。电流流变（ER）和磁流变（MR）流体的发展推动了半主动悬挂领域的研究[1]。现如今，被动悬挂系统无法满足上述矛盾的要求，因此，应用主动和半主动悬挂是必要的[2]。早在1970年代初，就开始开发主动汽车悬挂系统，重点是优化乘坐质量和道路操纵性之间的平衡[3]。已发表的研究表明，与被动悬挂系统相比，使用原型主动悬挂系统在乘坐质量和道路操纵性方面取得了显著改善。主动悬挂系统复杂、笨重且昂贵，因此在商用车辆中并不常用。与主动悬挂系统相关的设计和控制方面的问题似乎是真正的挑战。需要大量的动力，从而给发动机带来沉重的负载。相比之下，半主动悬挂在乘坐舒适性和道路操纵性方面比主动悬挂更好，但性能并没有显著降低[3]。半主动悬挂需要一个阻尼器和一些传感器以实现良好的性能。引入磁流变液阻尼器后，阻尼力可以很容易地瞬时变化。相较于被动系统，半主动技术可以根据情况在较软和较硬的限制之间实现阻尼的变化[4]。本文描述了基于可变阻尼系数限制的半主动悬挂系统的建模。模型是在Simulink中设计的，而模糊逻辑控制器是通过Fuzzy ToolBox进行融合的。第2节描述了系统和路面扰动轮廓的建模。第3节阐述了模糊逻辑控制器的设计方案。第4节描述了仿真和结果。基于统计数据进行了参数分析。第5节详细阐述了结论。02. 系统的建模0为了进行仿真，从参考数据中获取了四轮汽车参数[5]。路面扰动轮廓由两个正弦输入组合而成。Simulink模型如图1所示。02.1. 半主动悬挂系统的建模0对于半主动悬挂Simulink模型，阻尼系数需要变化。为了在Simulink模型中加入阻尼系数的可变能力，添加了一个模糊逻辑控制器，如图2所示。基于不同阻尼系数限制（3000、4000和5000 Ns/m）设计了三个基于模糊的系统。 - - + + 0156     Abroon Jamal Qazi等 /  AASRI Procedia  4 ( 2013 )  154 – 1590图1. 路面扰动轮廓建模0图2. 半主动汽车四轮悬挂系统的simulink模型0+  +  +  kt0cs  ks01/s  1/s01/s  1/s0x01/Ms01/Mu0模糊逻辑  控制器  Ms : 弹簧质量 (240kg)0Mu : 非弹簧质量 (36 kg)0cs : 阻尼系数 (1000 N s/m)0ks : 弹簧质量刚度 (16000 N/m)0kt : 轮胎刚度 (160000 N/m)01/s : 积分器0合并0路面扰动0合并  时钟0扰动0常数     f(u)0常数0u10如果(u1<=1)0否则如果(u1>=1.25)0                    否则  00输入              输出      否则 { }0输入              输出    如果 { }0如果 { }  输入   输出0输入              输出      否则如果 { }0否则 { }  输入   输出0u10如果u1<=3.50否则如果(u1>=3.75)0                    否则0如果             则  否则 { } 012345678910-0.02 0157  Abroon Jamal Qazi等 /  AASRI Procedia  4 ( 2013 )  154 – 1590图3. 模糊逻辑控制系统03. 模糊逻辑控制器的设计0图3显示了模糊逻辑控制系统。误差信号输入到模糊逻辑控制器中。模糊化将清晰的数值转换为模糊变量。除了控制规则之外，模糊推理系统还处理模糊值，最后通过去模糊化将模糊变量转换回清晰的数值[6]。本研究设计的模糊逻辑控制器包括悬挂的相对位移和相对速度两个输入，以及阻尼系数一个输出。04. 模拟结果和讨论0本节详细描述了模拟和结果分析。悬挂位移的模拟结果如图4所示，显示了不同最大阻尼系数限制值的情况。阻尼系数限制为4000 N s/m的系统表现出最佳性能，没有过冲和最快的稳定时间。阻尼系数值为3000 Ns/m的系统表现最差。0图4. 半主动系统的悬挂位移0决策逻辑        (控制规则)0模糊知识库(模糊推理)0     传感器0     过程       输出         输入  +          e                                                                    -0时间 (秒)0悬挂位移(米)0阻尼系数=5000阻尼系数=4000阻尼系数=30000158     Abroon Jamal Qazi等 /  AASRI Procedia  4 ( 2013 )  154 – 1590悬挂速度的模拟结果如图5所示，显示了不同最大阻尼系数限制值的情况。阻尼系数限制为4000 Ns/m的系统表现出最佳性能，没有过冲和最快的稳定时间。阻尼系数值为5000 N s/m的系统表现最差。0图5. 半主动系统的悬挂速度0悬挂位移响应的参数分析如图6所示，与可变阻尼系数限制相关。图中清楚地显示，最大阻尼系数值为4000 Ns/m的系统最早稳定，没有过冲。0图6. 悬挂位移响应的参数分析与可变阻尼系数限制相关0悬挂速度响应的参数分析如图7所示，与可变阻尼系数限制相关。图中清楚地显示，最大阻尼系数值为4000 Ns/m的系统最早稳定，没有过冲。0时间 (秒)0悬挂速度(米/秒)0阻尼系数=5000阻尼系数=4000阻尼系数=30000159  Abroon Jamal Qazi等 /  AASRI Procedia  4 ( 2013 )  154 – 1590图7. 悬挂速度响应的参数分析与可变阻尼系数限制相关05. 结论0基于可变阻尼系数限制的半主动悬挂系统已经设计出来。阻尼系数限制为4000 Ns/m的系统在乘坐舒适性方面表现最佳。优化系统通过最短的稳定时间和零过冲率表现出更好的性能。该系统在与两种不同干扰输入的组合下验证了其性能。未来的工作可能包括对四轮车悬挂模型进行原型制造，然后进行回路测试。0致谢0作者对Riaz Akbar教授和Ali Kamran博士的宝贵指导和支持表示感谢。0参考文献0[1] Guglielmino E, Sireteanu T, Stammers C W, Ghita G and Giuclea M.半主动悬挂控制：提高车辆乘坐舒适性和道路友好性。Springer, 伦敦，2008年。 [2] Martins I, Esteves M,Pina da Silva F, Verdelho P.电磁混合主动-被动汽车悬挂系统。第49届IEEE车辆技术会议论文集，美国休斯顿，1999年，3: 2273-2277。[3] Dixit R. 半主动车辆悬挂的滑模观测和控制[硕士论文]，2001年11月。[在线].可获取：http://repository.lib.ncsu.edu/ir/handle/1840.16/1543。（访问于2012年10月28日）[4] Ericksen EO and Faramarz G.用于越野摩托车的磁流变液减震器。《车辆设计国际期刊》，2003年，33(1)：139-152。[5] Abu-Khudhair A,Muresan R and Yang S X.半主动汽车悬挂的模糊控制。IEEE国际机电一体化会议，中国长春，2009年8月，2118-2122。[6] MathWorksInc.，2012年。[在线].可获取：http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/fuzzy/fuzzy.pdf。（访问于2012年10月12日）