汽车磁流变半主动悬架控制系统设计
汽车磁流变半主动悬架系统设计与试验
汽车磁流变半主动悬架系统设计与试验寇发荣【摘要】为了提高汽车的平顺性和行驶稳定性,设计了一种安装双出杆式磁流变减振器的汽车半主动悬架系统.在分析传统的磁流变减振器力学模型的基础上,提出了一种改进的磁流变减振器多项式模型,建立了基于磁流变减振器的半主动悬架系统动力学模型;设计了磁流变减振器物理样机,进行了磁流变减振器的力学特性试验,获得该磁流变减振器的示功特性和速度特性曲线,并利用试验结果进行了模型参数识别与模型验证.考虑时滞对悬架系统的影响,计算了该磁流变半主动悬架的临界时滞,采用Smith预估时滞补偿控制策略,设计了磁流变半主动悬架模糊时滞控制器;利用Matlab软件进行了磁流变半主动悬架时滞补偿控制仿真对比分析;研制了汽车半主动悬架测试系统,开展了磁流变半主动悬架控制台架试验.仿真与试验结果表明,所研制的磁流变减振器耗能效果良好,控制灵敏;试验建模所获得的改进型磁流变减振器多项式力学模型是正确的.与被动悬架相比,在正弦激励和随机路面谱输入下磁流变半主动悬架的簧载质量加速度下降30％左右,减振效果明显.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】8页(P280-287)【关键词】汽车;磁流变减振器;半主动悬架;设计;试验建模;台架试验【作者】寇发荣【作者单位】西安科技大学机械工程学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】U463.3传统被动悬架因其固有的缺陷而限制了汽车性能的进一步提高，可控悬架已成为汽车悬架技术的发展方向[1-3]。
半主动悬架兼具被动悬架和主动悬架的优点，而且能够达到接近主动悬架的控制效果，是目前最具应用前景的可控悬架形式[4-8]。
磁流变液减振器是一种随外加磁场强度而能改变其流变特性的智能减振装置，具有调节范围宽、温度适应性强、响应速度快、能耗低等优点，非常适合于半主动悬架控制，成为国内外学者研究的热点之一[9-13]。
建立简单而又精确的磁流变减振器力学模型是设计控制器、实现最佳减振控制效果的主要因素之一。
汽车磁流变半主动悬架的结构设计与实验方案分析
汽车磁流变半主动悬架的结构设计与实验方案分析汽车磁流变半主动悬架是一种应用了磁流变流体技术的车辆悬架系统，通过控制磁流变流体的流动来实现对悬架坐姿的调节和控制。
这种悬架系统具有调节响应速度快、可调范围大、耐久性好等优点，因此在汽车悬架领域有广阔的应用前景。
本文将对汽车磁流变半主动悬架的结构设计和实验方案进行分析。
首先，流体设计是汽车磁流变悬架的关键。
磁流变流体是一种在外加磁场作用下可以改变其流变性能的特殊流体。
在设计磁流变半主动悬架时，需要选择合适的磁流变流体，并考虑其流变性能与悬架系统的需求相匹配。
同时，为了提高悬架系统的稳定性和可靠性，还需要考虑流体的耐磨性、耐高温性和抗氧化性等性能。
其次，磁场设计是磁流变悬架的关键。
通过对磁场的控制可以改变磁流变流体的流动特性，从而实现对悬架硬度和阻尼的调节。
在设计磁场时，需要考虑磁场的分布均匀性和磁场强度的调节范围。
同时，还需要考虑磁场对周围环境和其他电子设备的影响，避免产生电磁干扰。
悬架结构设计是汽车磁流变悬架的另一个重要方面。
悬架结构需要能够容纳磁流变流体和磁场设备，并具备良好的机械强度和振动吸收能力。
常见的悬架结构包括单管悬架、双管悬架和磁流变弹簧等。
在设计悬架结构时，需要考虑悬架的稳定性、可靠性和维修性等因素。
最后，控制系统设计是汽车磁流变悬架的核心。
通过对磁场和磁流变流体的控制，可以实现对悬架硬度和阻尼的精确调节。
在设计控制系统时，需要选择合适的传感器来捕捉车辆的运动状态，如加速度传感器和位移传感器等。
同时，还需要设计合适的控制算法和控制器来实现对悬架的控制。
除了结构设计，还需要进行实验方案分析来验证汽车磁流变半主动悬架的性能。
实验方案可以包括试验台设计、实验参数的选择和数据采集等。
在进行试验时，可以通过不同的工况模拟来测试悬架系统的性能，如垂直悬架、水平悬架和侧倾悬架等。
总之，汽车磁流变半主动悬架的结构设计和实验方案分析是实现该技术商业化的关键环节。
磁流变半主动悬架(MRC)技术
磁流变半主动悬架（MRC）技术磁流变半主动悬架（MRC）技术在自动驾驶和智能车辆技术发展中扮演着重要的角色。
传统的车辆悬架技术由于其结构主要由弹簧、减震器等传统的机械组件构成，其振动控制性能难以提高，而MRC技术则是在车辆悬架中加入磁流变液体，能够通过外部电场实现对车辆悬架的控制，报告将主要分为MRC的结构、特点、控制方式等方面来概述这项技术的发展，最后分析其存在的问题与未来的发展趋势。
一、MRC的结构MRC技术的核心部分为磁流变液体，通过电磁控制来改变液体的粘度，使得液体在不同状态下表现不同的物理状态。
一般情况下，MRC技术的结构由悬挂系统、传感器和电气控制单元等三部分组成。
传感器通过检测车身倾斜角度、汽车速度、车轮所受载荷等参数，并将数据反馈给控制单元。
控制单元通过对电磁阀进行操作，实现对磁流变液体的操控，进而达到悬架阻尼的调节。
二、MRC技术的特点MRC技术有着控制精度高、响应速度快、安全性能高等优点。
它能够实现对汽车悬挂系统的主动控制，有效地降低汽车在行驶中的震动和噪声，使车辆行驶更加平稳和舒适，同时也可以提高行驶的安全性。
当车辆在快速加速、变道、制动等操作的时候，MRC技术可以根据车辆状态及道路条件自适应调整其阻尼，起到导向、平衡车身的作用，车辆可以更加稳定地行驶。
三、MRC技术的控制方式MRC技术的控制方式主要有两种，一种是“开环控制”，即通过预设一定的阻尼控制曲线，根据实际情况去调整曲线坡度来控制车辆悬挂阻尼，由于此方法控制精度较低，存在操作难度大、应用范围受限等缺点。
另一种是“闭环控制”，这种控制方式会根据车辆实时传感器数据和悬挂阻尼控制器来实现对车辆悬挂阻尼的自适应控制，控制精度更高，也更容易达到自适应控制的目的。
四、存在的问题与发展趋势虽然MRC技术具有许多优点，但其高昂的成本和液体耐久性问题限制了其推广和应用。
此外，MRC技术在极端情况下也可能会出现失灵的问题。
未来，无人驾驶和智能汽车技术的日益发展，将极大地促进MRC技术的发展，磁流变材料的加工工艺和应用技术也将得到进一步提高。
基于磁流变半主动悬架的汽车底盘集成控制的开题报告
基于磁流变半主动悬架的汽车底盘集成控制的开题报告一、选题背景汽车悬架系统是汽车底盘的重要组成部分，对车辆行驶稳定性、舒适坐姿和安全行驶起着至关重要的作用。
以往的悬架系统主要是被动悬架，即悬架系统无法主动调整，并且只能随着路面的不平，跟随车辆上下运动，导致车辆运动不稳定，行驶不流畅，而且路况较差时车辆颠簸不安，缺乏舒适性。
近年来，随着科技的不断进步，特别是传感技术、信息技术、控制技术等科技的快速应用，悬架系统得到了很好的改进和完善。
其中，磁流变半主动悬架系统是一种较为先进的悬架系统，它具有优良的减震、提高车辆稳定性、调节悬架刚度和阻尼等，可以适应不同路况和不同车速的需要。
二、选题意义随着社会经济的不断发展和汽车工业的不断壮大，汽车已经成为人们生活中不可缺少的重要交通工具。
然而，在现代交通拥堵、道路条件变化等情况下，汽车悬架系统的质量和效率显得尤为重要。
特别是在高速公路和恶劣路况下，传统的被动悬架系统不能满足汽车行驶的要求。
因此，磁流变半主动悬架系统成为汽车悬架系统的研究重点之一，对于汽车悬架系统的改进和完善具有重要的现实意义。
三、研究目的本论文主要研究基于磁流变半主动悬架的汽车底盘集成控制系统。
该系统利用磁流变液体在特定电场下的物理特性，实现对悬架系统的电子调控，提高了汽车悬架系统的精准度、灵敏度和响应速度，克服了传统悬架系统的不足，例如：负载平衡、路面适应性、高刚度和阻尼等。
四、研究内容1. 磁流变半主动悬架系统的概述研究基于磁流变半主动悬架的汽车底盘集成控制需要对磁流变液体的物理特性、磁流变阀、磁流变液体的粘弹性等进行系统概述和介绍。
2. 汽车底盘控制系统的设计设计汽车底盘控制系统，选择合适的硬件平台和软件平台，完成系统模型的建立和软硬件的调试。
3. 磁流变半主动悬架系统的模型分析研究并分析磁流变液体在磁场下的物理特性，建立汽车底盘集成控制系统的模型，分析和验证磁流变半主动悬架系统的效果。
五、研究方法以磁流变半主动悬架系统为研究重点，通过建立汽车底盘控制系统的模型，实现对磁流变半主动悬架的控制，提高汽车悬架系统的精准度、灵敏度和响应速度，最终达到优化汽车悬架系统控制的目的。
半主动车辆座椅悬架系统的控制制与仿真
ＶｈｌＥｇｅｒ 车辆工程 ｅｉ ｎｉｅｎ ｃ ｅ ｎ ｉ ｇ
整 定方 法是 ：初 定 比例 系数 之后 ．加 入 积分 环
节 ， 整 定 积 分 系 数 。 首 先 在 调 节 初 期 设 置 较 小 的
由 图 ３ 知 。正 弦 激 励 下 ， 在 针 对 座 椅 加 速 度 可
１１ Ｐ Ｄ控 制 原 理 ． Ｉ
的参 数 ，实现 良好 的控制 效果 。而如何 进行 参数 的
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在模 拟控 制 系统 中 ，ＰＤ控制 是 最 常 用 的控 制 Ｉ 方式闼 Ｉ 控 制系统 由ＰＤ 制器 和被 控对 象组成 ， 。ＰＤ Ｉ控 其控 制 系统原 理如 图 １ 示 。 所
于ＰＤ 制 器参 数 的调 节 ，可 以参 考 经验 公 式 以及 Ｉ控
不 同参 数下仿 真 结果 中最理 想结 果所 用 的参数 来选 定【 ３ ］ 。本 文 中 的控制 对 象是 模 拟 车辆 垂 直 方 向 的加
速 度 ，属 于 典 型 的偏 差 控 制 负 反 馈 结 构 ， 可 以 采 用
１ Ｐ Ｉ控 制 策 略 分 析 Ｉ ） ＰＤ控 制 是 最 早 发 展 起 来 的 控 制 策 略 之 一 ， 在 Ｉ
为座椅 加速 度 ，作 为信 号 ，定值设 置 为０ 。 在 Ｍａｌ ／ｉ ｕｉｋ 境 中 ．建立 以座 椅 加 速 度 ｔ ｂＳｍ ｌ ａ ｎ
为 控 制对 象 的ＰＤ控 制 半 主 动 座 椅 系 统 仿 真 模 型 ， Ｉ
车辆工程 Ｖｈ ｌ ｎｉ ｅ ｅｉ ｇ ｅｒ ｃＥ ｎ目的是 在外 界路 面输 入 随 机改 变等 外扰作 用下 ，减 少振 动 ，保证 车辆 的乘 坐 舒适性 。基于磁 流 变半 主动座 椅悬 架 的减振 性能 不 仅 与磁流 变阻 尼器 自身 的设计 结构 、磁 流变 阻 尼 材 料性 能有 关 ，还与 半 主动悬 架 的控制 策略有 很 大 关 系 ，因此 ，选 取有 效 、便捷 的控 制方 式是 改善 座 椅 减振性 能 的重要 工作 。
基于DSP的汽车磁流变减振悬架系统控制策略设计与研究
1 绪论随着社会的发展和文明的进步，汽车作为一种交通工具，已成为人们出行的主要选择，汽车乘坐的安全性、舒适性已成为世人关注的焦点。
汽车作为高速客运载体，其运行品质的好坏直接影响到人的生命安全，因此，与乘坐安全性、舒适性密切相关的轿车动力学性能的研究就显得非常重要。
悬架系统汽车的一个重要组成部分，它连接车身与车轮，主要由弹簧、减震器和导向机构三部分组成。
它能缓冲和吸收来自车轮的振动，传递车轮与地面的驱动力与制动力，还能在汽车转向时承受来自车身的侧倾力，在汽车启动和制动时抑制车身的俯仰和点头。
悬架系统是提高车辆平顺性和操作稳定性、减少动载荷引起零部件损坏的关键。
一个好的悬架系统不仅要能改善汽车的舒适性，同时也要保证汽车行驶的安全性，而提高汽车的舒适性必须限制汽车车身的加速度，这就需要悬架有足够的变形吸收来自路面的作用力。
然而为了保证汽车的安全性，悬架的变形必须限定在一个很小的范围内，为了改善悬架性能必须协调舒适性和操作稳定性之间的矛盾，而这个矛盾只有采用这折衷的控制策略才能合理的解决。
因此，研究汽车振动、设计新型汽车悬架系统、将振动控制在最低水平是提高现代汽车性能的重要措施[1][2]。
1.1 车辆悬架系统的分类及发展按工作原理不同，悬架可分为被动悬架(Passive Suspension)、半主动悬架(Semi-Active Suspension)和主动悬架(Active Suspension)三种，如图1.1所示[3]。
（a）被动悬架 (b)全主动悬架 (c)半主动悬架图 1.1 悬架的分类图1.1中Mu为非簧载质，Ms为簧载质量，Ks为悬架刚度，Kt为轮胎刚度；C1为被动悬架阻尼，C2为半主动悬架可变阻尼，F为主动悬架作动力。
目前我国车辆主要还是采用被动悬架(Passive Suspension)。
其两自由度系统模型如图1.1(a)所示。
传统的被动悬架一般由参数固定的弹簧和减振器组成，其弹簧的弹性特性和减振器的阻尼特性不能随着车辆运行工况的变化而进行调节，而且各元件在工作时不消耗外界能源，故称为被动悬架。
《基于磁流变阻尼器的半主动座椅悬架减振策略研究》
《基于磁流变阻尼器的半主动座椅悬架减振策略研究》一、引言随着现代工业技术的飞速发展，人们对乘坐舒适度的要求越来越高。
座椅悬架系统作为影响乘坐舒适度的重要因素，其减振性能的优化显得尤为重要。
近年来，磁流变阻尼器因其独特的非线性阻尼特性，在半主动座椅悬架系统中得到了广泛的应用。
本文将重点研究基于磁流变阻尼器的半主动座椅悬架的减振策略，以实现更好的乘坐舒适度。
二、磁流变阻尼器原理及特性磁流变阻尼器是一种智能阻尼装置，其工作原理是利用磁场改变磁流变材料的流变特性，从而实现阻尼力的连续可调。
磁流变阻尼器具有非线性、可调性等优点，为半主动座椅悬架系统的减振策略提供了可能性。
三、半主动座椅悬架系统结构与工作原理半主动座椅悬架系统主要由座椅、弹簧、阻尼器等部分组成。
其中，磁流变阻尼器作为关键部件，通过调节阻尼力来实现对座椅振动的控制。
系统的工作原理是在振动过程中，根据实时检测到的振动信息，通过控制算法调整磁流变阻尼器的阻尼力，从而达到减振的目的。
四、减振策略研究4.1 减振策略的制定为了实现半主动座椅悬架系统的最优减振效果，需要制定合理的减振策略。
本文提出了一种基于天棚阻尼的磁流变阻尼器控制策略。
该策略通过实时检测座椅的振动信息，利用天棚阻尼算法计算出期望的阻尼力，然后通过控制系统调整磁流变阻尼器的阻尼力，以达到减小振动的效果。
4.2 仿真分析为了验证减振策略的有效性，本文进行了仿真分析。
通过建立半主动座椅悬架系统的仿真模型，模拟不同工况下的振动情况，对比分析采用不同减振策略时的减振效果。
仿真结果表明，基于天棚阻尼的磁流变阻尼器控制策略能够显著提高座椅的乘坐舒适度。
五、实验验证为了进一步验证减振策略的实际效果，本文进行了实验验证。
通过在实际的半主动座椅悬架系统中应用减振策略，观察并记录在不同工况下的振动情况及乘坐舒适度评价。
实验结果表明，采用基于天棚阻尼的磁流变阻尼器控制策略的半主动座椅悬架系统，能够有效减小振动，提高乘坐舒适度。
《磁流变半主动悬架控制策略研究》
《磁流变半主动悬架控制策略研究》一、引言随着汽车工业的快速发展，人们对汽车乘坐舒适性和行驶稳定性的要求越来越高。
悬架系统作为汽车的重要组成部分，其性能直接影响到整车的驾驶体验。
磁流变半主动悬架作为一种新型的悬架技术，具有优良的减振性能和适应性，成为了当前研究的热点。
本文旨在研究磁流变半主动悬架的控制策略，以提高汽车的行驶性能和乘坐舒适性。
二、磁流变半主动悬架技术概述磁流变半主动悬架是一种利用磁流变液体的可调阻尼特性来实现悬架阻尼可调的悬架系统。
它通过改变磁流变液的阻尼系数，实现对悬架阻尼的实时调整，从而提高车辆的行驶性能和乘坐舒适性。
磁流变半主动悬架具有结构简单、阻尼可调、响应速度快等优点，成为了现代汽车悬架技术的研究热点。
三、磁流变半主动悬架控制策略研究3.1 控制策略概述磁流变半主动悬架的控制策略是决定其性能的关键因素。
目前，常见的控制策略包括天棚阻尼控制策略、预瞄天棚阻尼控制策略、模糊控制策略等。
这些控制策略各有优缺点，需要根据不同的应用场景和需求进行选择和优化。
3.2 天棚阻尼控制策略天棚阻尼控制策略是一种基于速度反馈的控制策略，其基本思想是模拟天棚阻尼的效果，通过速度传感器实时检测车身的速度，并根据设定的阻尼系数计算出所需的阻尼力。
该策略具有结构简单、响应速度快等优点，但对于复杂路况和多种工况的适应性有待提高。
3.3 预瞄天棚阻尼控制策略预瞄天棚阻尼控制策略是在天棚阻尼控制策略的基础上，引入了预瞄功能。
通过预知未来路况信息，提前调整悬架的阻尼力，从而提高车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性。
该策略具有较好的适应性和鲁棒性，但需要高精度的预瞄算法和传感器支持。
3.4 模糊控制策略模糊控制策略是一种基于模糊逻辑的控制策略，其基本思想是通过建立模糊规则库和模糊推理机制，实现对复杂系统的高效控制。
在磁流变半主动悬架控制中，模糊控制策略可以根据实时路况和车辆状态信息，自动调整阻尼系数和悬架刚度，实现最优的减振效果。
OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统设计的开题报告
基于μC/OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统设计的开题报告1.背景与意义汽车磁流变半主动悬架是一种先进的悬挂系统，能够通过改变液体的粘度来达到对车身高度和硬度的控制。
这种悬挂系统能够在不影响行驶稳定性的情况下提高车辆的舒适性和操控性。
因此，在当前的汽车工业中，磁流变半主动悬架已成为众多高档轿车上的标配。
控制磁流变半主动悬架的方式有多种，其中一种是基于实时操作系统的控制系统。
而μC/OS-Ⅱ则是一款广泛使用的实时操作系统，它具有较高的稳定性和灵活性，在很多领域中得到了广泛应用。
本文旨在利用μC/OS-Ⅱ操作系统设计一款汽车磁流变半主动悬架控制系统，实现对车身高度和硬度的实时调节，提高汽车的乘坐舒适性和操控性。
2.研究内容本文主要研究内容包括：1）分析磁流变半主动悬架的工作原理和控制方法；2）介绍μC/OS-Ⅱ实时操作系统的特点和使用方法；3）设计磁流变半主动悬架控制系统的硬件和软件结构；4）编写μC/OS-Ⅱ操作系统下的程序，实现对磁流变半主动悬架的控制；5）通过实验测试，验证设计程序的正确性和效果。
3.研究方法本文研究方法包括：1）文献调研：对磁流变半主动悬架的原理和控制方法进行深入研究，并对μC/OS-Ⅱ实时操作系统进行介绍和了解。
2）设计思路：根据文献调研的结果，确定磁流变半主动悬架控制系统的硬件和软件结构，并且设计出相应的控制算法和程序。
3）软件开发：根据设计思路，利用C语言和编写μC/OS-Ⅱ操作系统下的程序，并进行测试和修改。
4）实验测试：利用实验测试验证程序的正确性和效果，通过对实验数据的分析得出结论。
4.预期成果通过研究本文，预期能够设计出基于μC/OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统，实现对汽车悬挂的实时控制。
同时，预期能够验证该系统的效果和正确性，并得出相应的结论。
5.研究难点本文研究难点在于：1）设计磁流变半主动悬架控制系统的硬件和软件结构；2）编写基于μC/OS-Ⅱ操作系统的程序，并实现悬架的实时控制。
OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统设计的开题报告
基于μC/OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统设计的开题报告一、研究背景汽车悬架系统是汽车的重要组成部分，它直接关系到汽车的行驶性能和乘坐舒适度。
目前，国内外磁流变半主动悬架技术已经成熟，可以有效的改善汽车行驶性能和乘坐舒适度。
但是，有效的磁流变半主动悬架控制算法设计和实现一直是该领域的研究热点。
本论文的主要研究内容是基于μC/OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统设计，通过对汽车磁流变悬架控制算法的研究和实现，以提高汽车的行驶性能和乘坐舒适度。
二、研究目的与意义本论文的研究目的是设计一种基于μC/OS-Ⅱ的汽车磁流变半主动悬架控制系统。
该系统能够利用车辆动态参数和路面状况进行实时控制，从而提高汽车的行驶性能和乘坐舒适度。
该磁流变半主动悬架控制系统具有重要的应用价值和社会经济效益，能够大大提高汽车行驶的安全性和舒适性，减少交通事故的发生率，同时具有农村道路、山路、崎岖路况等不同路面状态下的适应性，能够满足不同车辆和不同驾驶场景下的使用需求。
三、研究方法本论文使用μC/OS-Ⅱ实时操作系统作为磁流变半主动悬架控制系统的基础框架，通过对磁流变半主动悬架控制算法的研究和设计，实现对汽车悬架系统的实时控制。
论文的研究方法主要包括以下几个方面：1.分析汽车悬架系统的工作原理和磁流变技术的特点，确定系统的控制策略和性能指标。
2.基于C语言编写汽车磁流变半主动悬架控制系统的控制算法，实现车辆动态参数的监测和悬架系统的实时控制。
3.使用μC/OS-Ⅱ实时操作系统作为磁流变半主动悬架控制系统的基础框架，实现悬架系统的实时控制。
4.使用实验数据对系统进行评价和性能测试，验证该系统的性能和可行性。
四、研究内容和时间安排本论文主要研究内容包括：汽车磁流变半主动悬架系统的工作原理和磁流变技术的特点，系统的控制策略和性能指标的确定；基于C语言编写汽车磁流变半主动悬架控制系统的控制算法，实现车辆动态参数的监测和悬架系统的实时控制；使用μC/OS-Ⅱ作为操作系统，实现悬架系统的实时控制；设计实验方案，并验证该系统的性能和可行性。
汽车磁流变半主动悬架的结构设计与实验方案分析
汽车磁流变半主动悬架的结构设计与实验方案分析相关主题概念:1.磁流变液相关知识磁流变液定义磁流变液（Magnetorheological Fluid , 简称MR流体）属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。
磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。
这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。
由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。
磁流变液应用范围目前，磁流变液已经开始应用于研磨（抛光）工艺、阀门和密封、家庭健身器、机械手的抓持机构、装配车间不规则形体的依托架、以及自动化仪表、机器人的传感器和采矿、印刷等行业。
在其众多应用领域当中，研究最多、发展最快的应用领域是汽车座位减振器、刹车器、主动驱动器以及土模机构减振器。
磁流变液应满足的指标（1）零磁场粘度低，以便使其在磁场作用下，具有同等剪切屈服强度增长时，具有更大的可调范围。
（2）强磁场下剪切屈服强度高，至少应达到20～30Kpa，这是衡量磁流变液特性的主要指标之一。
（3）杂质干扰小，以增加其使用范围。
（4）温度使用范围宽，即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。
（5）响应速度快，最好能达到毫秒级，以使磁流变液减振器作为主动和半主动控制器时，基本不存在时迟问题。
（6）抗沉降性好，长时间存放应基本不分层。
（7）能耗低，在较弱的磁场下可产生较大的剪切屈服强度。
（8）无毒、不挥发、无异味，这是由其应用领域所决定的。
磁流变液减振器的特点（1）磁流变液减振器精确的实时控制（2）连续可逆变化的阻尼力（3）低电压低功耗（4）工业级的稳定性和耐久性（5）简洁的机电结构（6）使用寿命长2.半主动悬架半主动悬架系统具有控制车身振动和车身高度的功能，主要能增进汽车操作稳定性、乘坐舒适性等性能。
《磁流变半主动悬架控制策略研究》
《磁流变半主动悬架控制策略研究》一、引言汽车悬架系统作为连接车身与车轮的桥梁，其性能直接关系到汽车的行驶平稳性、操控性和安全性。
随着汽车工业的快速发展，对汽车悬架系统的性能要求也越来越高。
磁流变半主动悬架作为一种新型的悬架技术，具有较好的可控性和适应性，因此受到了广泛关注。
本文旨在研究磁流变半主动悬架的控制策略，以提高汽车的行驶性能。
二、磁流变半主动悬架的基本原理磁流变半主动悬架系统主要由磁流变液减震器、传感器和控制器等部分组成。
其中，磁流变液减震器是核心部件，其工作原理是通过改变磁场强度来调节阻尼力的大小，从而实现悬架系统的半主动控制。
传感器用于实时监测车身和车轮的振动情况，将信息反馈给控制器。
控制器根据反馈信息，结合预设的控制策略，发出指令调节磁流变液减震器的阻尼力，以实现最优的悬挂性能。
三、控制策略研究3.1 经典控制策略目前，磁流变半主动悬架的控制策略主要包括天棚阻尼控制策略、预瞄控制策略和模糊控制策略等。
天棚阻尼控制策略是一种基于理想天棚阻尼的半主动控制方法，其优点是简单易行，但难以适应复杂的路况和驾驶需求。
预瞄控制策略则通过预测未来路况和驾驶意图，提前调整悬架系统的阻尼力，以提高行驶平稳性和操控性。
模糊控制策略则是一种基于模糊逻辑的控制方法，能够根据实时路况和驾驶需求，自适应地调整悬架系统的阻尼力。
3.2 新型控制策略为了进一步提高磁流变半主动悬架的性能，本文提出了一种基于神经网络的自适应控制策略。
该策略通过训练神经网络模型，实时学习并适应不同的路况和驾驶需求，自动调整悬架系统的阻尼力。
同时，为了进一步提高系统的稳定性和可靠性，我们还采用了多模式切换控制策略。
该策略根据不同的驾驶模式和路况，自动切换到最合适的控制模式，以实现最优的悬挂性能。
四、实验验证为了验证所提出的控制策略的有效性，我们进行了大量的实验测试。
实验结果表明，采用神经网络自适应控制策略的磁流变半主动悬架系统，在各种路况和驾驶需求下均能实现较好的行驶平稳性和操控性。
基于磁流变阻尼器的汽车半主动悬架控制策略研究
基于磁流变阻尼器的汽车半主动悬架控制策略研究摘要：本文旨在研究基于磁流变阻尼器的汽车半主动悬架控制策略，探究其在汽车行驶中的稳定性和舒适性。
首先介绍了磁流变阻尼器的工作原理及其在汽车悬架系统中的应用，进一步分析了传统悬架系统的不足之处。
接下来，提出了基于磁流变阻尼器的半主动悬架控制策略——基于荷载反馈的控制策略和基于道路预测的控制策略，并分别进行仿真分析。
最后，通过实验验证了该半主动悬架控制策略在实际驾驶中的有效性和可行性。
关键词：磁流变阻尼器；汽车半主动悬架；荷载反馈控制；道路预测控制；仿真分析；实验验证。
一、绪论汽车行驶中，随着路面状态的不断变化，传统被动悬架系统无法满足不同路况下的需求，导致汽车行驶过程中的不稳定和不舒适，甚至危及行驶安全。
针对此问题，半主动悬架系统应运而生。
与传统被动悬架系统相比，半主动悬架系统能够根据路面状态的变化主动地调整阻尼力，从而提高汽车行驶的稳定性和舒适性。
其中，磁流变阻尼器作为半主动悬架系统的重要组成部分，具有优异的适应性和响应速度。
因此，基于磁流变阻尼器的半主动悬架控制策略备受关注，并取得了较好的应用效果。
二、磁流变阻尼器原理及其在汽车悬架系统中的应用磁流变阻尼器是一种利用磁场作用改变阻尼器阻尼特性的电液体阻尼器。
其主要由金属壳体、约束套、活塞、磁场线圈等部分组成。
在磁场的作用下，阻尼器内的电液体发生形变，从而改变阻尼器的阻尼特性。
磁流变阻尼器具有响应速度快、可调性强等优点，因此广泛应用于汽车悬架和减振系统中。
三、传统悬架系统的不足传统被动悬架系统仅通过弹簧和阻尼器来吸收汽车行驶中的震动，其阻尼特性通常是固定的，不能根据路面状态的变化进行调整。
这种悬架系统在路面起伏不平时，不能很好地满足行驶的需要，导致汽车行驶变得不稳定和不舒适。
因此，需要寻求一种新的悬架控制策略来改善这一问题。
四、基于磁流变阻尼器的半主动悬架控制策略半主动悬架控制技术通过调整磁流变阻尼器的阻尼特性，适应不同路况，实现汽车行驶时的平稳性和舒适性。
汽车磁流变半主动悬架控制系统设计
Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｔ ｍ ｏ ｌ ＡＳ ｗｉｈ Ｍ Ｒ ａ ｐｅ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｕ ｏ ｂｉｅ Ｓ ｔ ｄｍ ｒ
ＸＩ ａ ｇ ， Ｔ Ａ Ｇｕ ｎ ＡＮＧ Ｘ— ｎ ， Ｗ ＡＮＧ ｈ ｏｊ Ｓ ａ —ｕ ｉ ｗｅ 。 Ｓ ａ ～ ｅ， ＵＮ Ｂ ｏｑ ｎ ｉ
Ｄ ｉ１ ． ９ ９ｊｉｓ． ０ ３５ ６ ． ０ ０ １ ． ０ ｏ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —０ ０ ２ １ ． ２ ０ ２
汽 车磁 流变 半 主 动 悬 架 控 制 系 统设 计
夏
子工程学院 信息Ｔ程系 ， 安徽 合肥
光 ， 唐 希 雯。 汪韶 杰 孙保 群 ， ，
２ ０ ０ ；２ 合肥工业大学 机械与汽车工程 学院 ， ３０９ ． 安徽 合肥 ２ ０ ０ ；３解放 军电 ３０９ ． ｓｉ ｅ ｒｎｉ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｉ ｔｔ ，Ｈｅｅ ３ ０ ，Ｃｈｎ ） ｕｔ ｆｉ２ ０ ３７ ｉａ
汽车电磁阀式半主动悬架控制系统设计
汽车电磁阀式半主动悬架控制系统设计夏光;唐希雯;王洪成;孙保群【摘要】In this paper, the structure and operating principle of continuous variable damper based on solenoid valve are analyzed The skyhook control strategy that is easy to be applied in the practical project is used to design the automobile semi-active suspension (SAS) controller with solenoid valve. The controller hardware circuit and software are designed and achieved based on ARM7. The road test on the passive and semi-active suspension of Chery G6 vehicle is carried out based on the self-developed solenoid valve damper and its controller. The results show that the self-developed SAS with solenoid valve can decrease the vertical acceleration of the vehicle and improve the ride comfort effectively.%文章分析了电磁阀式减振器的结构与工作原理,采用实用性较强的skyhook控制策略,设计了汽车电磁阀式半主动悬架控制器,并进行了基于ARM7的控制器硬件设计和软件实现,利用自主开发的电磁阀式减振器及控制器对奇瑞G6轿车装车进行实车道路对比试验.试验表明,设计的汽车电磁阀式半主动悬架控制器可以有效地降低车身垂直加速度,改善行驶平顺性.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(035)001【总页数】5页(P21-24,65)【关键词】电磁阀;连续阻尼可调减振器;skyhook控制;道路试验【作者】夏光;唐希雯;王洪成;孙保群【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学汽车工程技术研究院,安徽合肥230009;电子工程学院信息系,安徽合肥 230037;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学汽车工程技术研究院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U463.330 引言电磁阀式减振器是一种通过先导式比例电磁阀改变节流孔开度来实现连续阻尼调节的新型可变阻尼减振器，具有结构简单、响应迅速、性能可靠和易于工程实现的特点，且能取得与主动悬架相近的控制效果，从而成为目前实用化可变阻尼减振器的的发展方向［1－3］。
基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计
基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计王伟【摘要】为了提高汽车悬架控制的可行性,需要研究对汽车悬架的控制系统.针对使用当前方法对汽车控制系统进行设计时存在能耗高和控制效果差的问题,提出一种基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计方法,通过Bouc-Wen模型描述汽车运动过程中减震器的特性,通过汽车的状态方程和输出方程计算汽车悬架在运动状态下的半主动控制阻尼力,根据计算结果构建汽车1/4运动模型.在汽车1/4运动模型的基础上,对外加磁场进行调节,对汽车的阻尼器进行实时的控制和调节,进而控制汽车的悬架,完成汽车悬架控制系统的设计.实验结果表明,所提方法的能耗低、控制效果好.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】6页(P76-81)【关键词】磁流变阻尼器;汽车悬架;控制系统【作者】王伟【作者单位】滁州学院机械与汽车工程学院,安徽滁州 239000【正文语种】中文【中图分类】TP273根据车辆振动控制的方法可以将车辆的悬架控制方法分为三个类型，分别是主动、半主动和被动［1］.汽车行驶过程中的稳定性和乘客乘坐的满意度可以通过主动悬架得以优化，但可靠性差、价格高、结构复杂和能耗高都是主动悬架的缺点，以上缺点对主动悬架的发展造成了约束.不能根据道路的情况和汽车运行过程中的状态对调节汽车的悬架是被动悬架系统的缺点，降低了被动悬架控制系统的控制效果［2］.半主动悬架与以上两种方式相比，存在价格合理、能耗少和结构清晰的特点，逐渐被使用在汽车悬架的设计中.磁流变液是近几年新发展的一种材料，具有温度稳定性高、强度高、滞回现象少、粘度低的特点，磁流变液还具有引入杂质不敏感的特点，被广泛地应用到制动器、机械、建筑工程等行业阻尼器的制作中［3］.将磁流变液作为主材料，得到的阻尼器连续调节、结构简单、阻尼力大、耐性好、响应快，被应用在车辆控制系统的设计中.当前车辆控制系统设计方法存在能耗高和控制效果差的问题，需要对车辆控制系统设计方法进行研究［4］.汪若尘等［5］提出了一种汽车混合悬架半主动控制系统设计方法，通过构建汽车的动力学模型，对汽车回路电流在不同模式下的变化进行分析，在控制参考力概念的基础上采用粒子群算法确定半主动控制的最优参数，完成车辆控制系统的设计，该方法对汽车悬架进行控制时，能耗较高.胡红生等［6］提出了一种基于模糊算法的悬架控制系统设计方法，该方法在电磁学原理的基础上构建汽车动力学模型和阻尼器力学特性模型，根据模糊算法规则得到控制策略，通过控制策略完成汽车悬架的控制，该方法对汽车悬架控制时，汽车车身的加速度较高，控制效果差.韩忠磊等［4］提出了一种基于不变性原理的悬架控制系统设计方法，该方法根据阻尼器的运作方式，引入电磁阀和永磁体，对汽车的阻尼器进行设计，在不变性原理的基础上建立汽车悬架模型，得到反馈控制律，根据反馈控制律控制汽车悬架，完成车辆控制系统的设计，该方法存在能耗高的问题.为了解决上述方法中存在的问题，以磁流变液作为主材料，制作阻尼器应用到悬架的控制中，提出一种基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计方法.1 悬架控制系统悬架控制系统主要包括控制软件、磁流变阻尼器、数据采集系统、功率放大器、激振源、传感器、计算机和测控版等［7］（图1）.模拟悬架机械装置：该装置主要由底座、立柱、轮胎、直线导轨、悬架非簧载质量、悬架弹簧和悬架簧载质量构成，是一种两自由的悬架系统模型，可以在垂直方向模拟1/4汽车悬架系统的振动.功率放大器和磁流变阻尼器：悬架控制系统中的执行元件是阻尼器，在汽车的悬架系统中安装阻尼器，可以得到汽车在运行过程中可以控制的阻尼力.传感检测系统：在运行状态下汽车的悬架系统可以通过传感器检测系统测量得到，传感检测系统主要由激振源内力、位移传感器，加速度、位移传感器构成.悬架控制系统在运行过程中的中心是控制计算机和测控版，运算、处理测量得到的信号，将控制信号传送到执行元件中［8］.控制元件：半主动控制系统通过控制软件统一协调元件的工作.例如，处理子程序和数据采集等.振源：激振汽车的悬架系统，通过模拟实际路面在系统中输入状态.数据采集系统：通过采集系统中存在的信号评价测试结果.悬架控制系统的具体工作方式如下：初始化控制系统，并对其进行调试，运行系统的软件以及硬件，使控制系统处于保持运转状态.通过振源对汽车进行激振，采用测控版采样将传感器采集的信号输入数据采集系统和计算机中，根据控制规律对控制信号进行判别，通过测控版将信号传送到各执行元件中，完成悬架的控制［9］. 图1 系统组成图Fig.1 System composition diagram2 阻尼器力学模型和悬架动力学模型在工程界中，非参数和参数建模方法是阻尼器的核心建模方法.其中参数建模包括黏弹塑性模型、非线性双黏性模型、Bouc-Wen模型和非线性滞回双黏性模型等；非参数建模包括Chebychev多项式模型、Takagi-Sugeno模型等.在上述模型中选用Bouc-Wen模型对汽车磁流变减震器的特性进行表述，该模型如图2所示.式中，c代表的是阻尼系数；a为系数，与迟滞回线高度有关；z代表的是粘度系数；x1、x0代表的是位移.图3为1/4汽车悬架模型.图3中，m1代表的是汽车悬架的簧上质量；m2代表的是汽车悬架的簧下质量；k1代表的是汽车悬架中弹簧的刚度；k2代表的是汽车轮胎的刚度；c1代表的是汽车悬架系统的线性黏性尼阻系数.设Fzhi代表的是汽车减震器在运动过程中的阻尼力，其计算公式如下：图2 Bouc-Wen模型Fig.2 Bouc-Wen model图3 悬架模型Fig.3 Suspension model汽车悬架的运动微分方程的表达式如下：式中，x1、x2代表的是阻尼系数、q代表的是路面位移；u代表的是控制向量.通过上式得到汽车悬架的状态向量X和输出向量Y：通过状态向量得到汽车悬架在运动状态下的状态方程，根据输出向量得到汽车悬架在运动状态下的输出方程.状态方程和输出方程的表达式如下：式中，A、B、C、D、L为运动参数，w＝q̇.设J表示指标函数，J的表达式如下：式中，a1代表的是轮胎变形；a2代表的是轮动载荷；a3代表的是悬架变形；a4代表的是汽车加速度；Ru2代表的是控制力.通过性能指标函数得到汽车悬架的线性半主动控制阻尼力F，F的计算公式如下：式中，con、coff均为阻尼系数，coff=0.05con.通过汽车悬架的线性半主动控制阻尼力F得到汽车1/4运动模型：式中，q(t)代表的是路面激励.3 半主动控制通过上述分析可知，磁流变阻尼器在汽车运动过程中的阻尼力主要是由2个阻尼力构成，其中的一部分为粘滞阻尼力，与普通流体相似；另一部分是库伦阻尼力，是根据外加磁场生成.因此，可以通过实时调节外加磁场进而实时控制汽车的磁流变阻尼器，不同的磁流变阻尼器的控制力通过对应的控制策略得到.3.1 被动控制策略1该策略是不打开汽车在运动过程中的磁流变阻尼器电源，使磁流变液从运动开始到运动结束一直都是牛顿流体，此时得到最小的汽车阻尼力Fumin(t)，即：式中，阻尼系数u(t)的计算公式如下：式中，̇(t)代表的是非悬挂部分在汽车运动过程中的速度；̇(t)代表的是汽车在运动过程中的整体速度.3.2 被动控制策略2该策略是打开汽车运动过程中磁流变阻尼器的电源，将磁场调节到最大值，此时汽车磁流变阻尼器中为Bingham流体，汽车的阻尼力达到最大值Fumax(t)，Fumax(t)的计算公式如下：3.3 半主动控制策略通过公式（5）得到汽车悬架的状态方程，引入性能指标函数J，在最优控制理论的基础上得到汽车悬架的最优控制力 (t)，(t)的计算公式如下：式中，R表示汽车控制力向量在最优控制力下对应的权矩阵，可以通过权矩阵R 对控制力和汽车悬架系统反映之间的重要程度进行调整.采用Riccati方程求解参数P：式中，S代表的是状态向量的权矩阵，可以通过权矩阵S对控制力和汽车悬架系统反映之间的重要程度进行调整.可以对磁场强度进行调整，改变车辆的阻尼力，汽车的阻尼力不能在较短的时间内变为最优控制力，只有对磁场强度进行调整，使阻尼力不断地趋近最优控制力，在饱和控制理论和最优控制理论基础上得到悬架控制策略Fu(t)：4 实验结果与分析为了验证所提方法的整体有效性，需要对所提方法进行测试，本次测试的实验平台为Matlab，分别采用所提方法（方法1）、基于模糊算法的悬架控制系统设计方法（方法2）、基于不变性原理的悬架控制系统设计方法（方法3）进行测试，通过能耗系数n对比3种不同方法控制汽车悬架的能耗，方法1、方法2和方法3的测试结果如图4所示.图4（a）为所提方法的测试结果，由图4（a）可知，采用所提方法进行测试时，在多次迭代中的能耗系数均在3以下，表明采用所提方法对汽车悬架进行控制时的能耗较低；图4（b）为基于模糊算法的悬架控制系统设计方法的测试结果，由图4（b）可知，采用基于模糊算法的悬架控制系统设计方法进行测试时，在多次迭代中能耗系数均在3以上，高达5.4，表明基于模糊算法的悬架控制系统设计方法对汽车悬架进行控制时的能耗较高；图4（c）为基于不变性原理的悬架控制系统设计方法的测试结果，由图4（c）可知，使用基于不变性原理的悬架控制系统设计方法进行测试时，在多次迭代中能耗系数的波动较大，表明基于不变性原理的悬架控制系统设计方法的稳定性较差.对比3种不同方法的测试结果可知，所提方法的能耗系数较低，因为该方法将磁流变阻尼器应用到车辆悬架的控制和设计中，磁流变阻尼器的阻尼力大、耐性好、响应快，降低了控制过程中的能耗，验证所提方法的能耗较低.图4 三种不同方法的能耗系数Fig.4 Energy consumption coefficient of three different methods为了进一步验证所提方法的整体有效性，分别采用所提方法（方法1）、基于模糊算法的悬架控制系统设计方法（方法2）、基于不变性原理的悬架控制系统设计方法（方法3）进行测试，通过车体加速度，对比方法1、方法2和方法3的控制效果，测试结果如图5所示.图5 三种不同方法的车体加速度Fig.5 Car body acceleration with three different methods图5（a）为所提方法的车体加速度，由图5（a）可知，采用所提方法对汽车进行控制时，汽车的车身加速度在-0.05～0.05 m·s-2区间内波动；图5（b）和图5（c）为基于模糊算法的悬架控制系统设计方法和基于不变性原理的悬架控制系统设计方法的车体加速度，由图5（b）和图5（c）可知，采用基于模糊算法的悬架控制系统设计方法、基于不变性原理的悬架控制系统设计方法对汽车进行控制时，汽车车身加速度在-0.05～0.05 m·s-2区间外波动，对比3种不同方法的测试结果可知，所提方法对汽车控制时的加速度衰减较为明显，因为所提方法通过调整磁场强度，改变车辆运行过程中阻尼器产生的阻尼力，使汽车运行过程中阻尼器产生的阻尼力不断趋近于车辆悬架的最优控制力，衰减车辆车身在运动过程中产生的加速度，提高所提方法的控制效果.5 结束语汽车悬架受轮胎状况、车身载荷和路面激扰等因素的影响，是一个多自由度的振动系统，控制汽车悬架可以保证乘客的舒适度，减少振动.当前悬架控制系统设计方法存在能耗高和控制效果差的问题，提出一种基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计方法，将磁流变阻尼器应用到悬架控制中，降低了能耗，衰减了车身的加速度，解决了当前方法中存在的问题，被广泛应用到汽车悬架的控制中.参考文献【相关文献】［1］张丽萍，弓栋梁.时域硬约束下汽车主动悬架-H2/H∞保性能控制［J］.计算机仿真，2017，34（8）：190-196.［2］高振刚，陈无畏，汪洪波，等.基于故障补偿的汽车半主动悬架容错控制［J］.汽车工程，2016，38（6）：705-715.［3］陈士安，王骏骋，姚明.车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法［J］.交通运输工程学报，2016，16（3）：72-83，99.［4］韩忠磊，胡三宝，刘继鹏.基于不变性原理解耦的半主动悬架控制仿真研究［J］.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2017，41（5）：828-832.［5］汪若尘，焦宇，钱金刚，等.混合悬架半主动控制器设计与试验［J］.农业机械学报，2017，48（6）：334-340.［6］胡红生，肖平，江民，等.野草入侵模糊算法的半主动空气悬架研究［J］.传感技术学报，2017，30（10）：1497-1503.［7］陈龙，施德华，汪若尘，等.基于混合控制策略的馈能悬架半主动控制［J］.北京理工大学学报，2016，36（3）：252-257.［8］康耀东，庞辉，刘凯，等.多级可调阻尼半主动空气悬架的天棚控制研究［J］.机械科学与技术，2016，35（5）：778-783.［9］陈士安，祖广浩，姚明，等.磁流变半主动悬架的泰勒级数-LQG时滞补偿控制方法［J］.振动与冲击，2017，36（8）：190-196，243.。
汽车磁流变半主动悬架控制系统设计
汽车磁流变半主动悬架控制系统设计夏光;唐希雯;汪韶杰;孙保群【摘要】文章采用工程易于实现的模糊控制方法,设计了磁流变半主动悬架模糊控制器;进行了车身垂直加速度、车速采集和减振器驱动等硬件系统的电路设计;软件设计中移植了嵌入式操作系统μC/OS-II,采用多任务程序的设计方法;利用自主开发的磁流变减振器以及控制器,对国产昌河CH711A轿车进行改装并进行实车道路对比试验;实验表明,设计的磁流变半主动悬架控制器可以有效地降低车身垂直加速度,改善整车行驶平顺性.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(033)012【总页数】5页(P1765-1769)【关键词】磁流变;模糊控制;嵌入式操作系统;道路试验【作者】夏光;唐希雯;汪韶杰;孙保群【作者单位】合肥工业大学,汽车工程技术研究院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;解放军电子工程学院,信息工程系,安徽,合肥,230037;合肥工业大学,汽车工程技术研究院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,汽车工程技术研究院,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】U463.33磁流变半主动悬架是通过改变磁流变液流体的黏度来改变悬架减振器阻尼力的一种新型电控悬架,由于其响应快、动态范围宽、功耗低和结构简单的特点,且能取得与主动悬架相近的控制效果而成为近年来智能悬架研究的热点[1-3]。
关于磁流变减振器的控制方法很多,随着研究的深入,控制算法也越来越复杂[4-6],但是这些控制算法的实际可操作性越来越差,同时也带来了复杂算法的响应时滞。
本文针对磁流变半主动悬架进行了控制系统的硬件电路设计,采用工程易于实现的模糊算法,引入嵌入式操作系统μ C/OS-II和多任务的编程方法,并将自主开发的控制系统装车进行了实车道路试验。
1 系统硬件电路设计与实现系统硬件设计主要是电子控制单元的硬件设计,其结构框图如图1所示,它表明了磁流变半主动悬架控制系统的基本电路结构及工作过程,主要包括单片机和最小系统电路、点火系统供电电路、车身垂直加速度信号调理电路、车速信号调理电路、恒流源驱动电路、CAN通信电路和故障诊断通信电路。
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｅａｓｉｌｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｉｓ ｕｓｅｄ ｔＯ ｄｅ— ｓｉｇｎ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｍｉ—ａｃｔｉｖｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ（ＳＡＳ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍａｇｎｅｔｏ－ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ（ＭＲ） ｄａｍｐｅｒ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｐｅｅｄ ｓｉｇ— ｎａｌ，ＭＲ ｄａｍｐｅｒ ｄｒｉｖｅ，ｅｔｃ．，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｂａｓｅｄ ０１３．ｔｈｅ ｇＣ／ＯＳ－ＩＩ－ｉｍｂｅｄｄｅｄ ｒｅａｌ— ｔｉｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｔａｓｋ ｐｒｏｇｒａｍ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏａｄ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｏｍｅ－ｍａｄｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ＣＨ７ １ １ Ａ ａｒｅ ｍａｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ＭＲ ｄａｍｐｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ＳＡＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＲ ｄａｍｐｅｒ ｃａｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｖｅｒｔｉ— ｃａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｏ－ｒｈｅｏｌｏｇｙ（ＭＲ）；ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｒｏａｄ ｔｅｓｔ
（１）岁（７ｚ）＜ｏ，的（行）＞０，悬架处于压缩状
态，但是压缩量在减小，应逐渐增大控制力。
（２）多（，ｚ）＞０，的（以）＞０，悬架处于拉伸过
程，并且拉伸量在增大，应逐渐减小控制力。
（３）多（咒）＜０，的（竹）ｄ０，悬架处于压缩状
态，并且压缩量在增大，应逐渐减小控制力。
创建多任务
厂≮≥ ｌ系统自检Ｉ 了
设计模糊控制规则集的准则使减振器活塞杆 在垂直方向的加速度最小，并能够确保活塞的垂 直位移在允许范围内。根据经验，本文得出了一 组由３６条模糊条件语句构成的控制规则，将这些 模糊条件语句加以归纳，建立了模糊控制状态表。 经调整后选一种能够真实反映磁流变减振器运动 状态的变量以及合理范围的算法，见表ｌ所列。
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ７Ｆｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰＩ。Ａ Ｅｌｅｃ— ｔｒｏｎｉｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）
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路
图１控制系统结构示意图
１．１ ＬＰＣ２２９２及其最小系统 磁流变半主动悬架控制系统选用ＡＲＭ７系
列ＬＰＣ２２９２作为控制器的核心单元，可提高运算 速度。ＬＰＣ２２９２足１４４脚封装，基于一个支持实 时仿真和跟踪的１６／３２位ＡＲＭ７ＴＤＭｌ一Ｓ ＣＰＵ 的微控制器。
由于ＬＰＣ２２９２具有极低的功耗、多个３２位 定时器、８通道１０位ＡＤＣ、ｚ／４高级ＣＡＮ、６通道 ３２位脉宽调制器（ＰＷＭ）以及多达９个外部中断 管脚，使它们特别适用于汽车、工业控制应用‘７｜。
关键词：磁流变；模糊控制；嵌入式操作系统；道路试验
中图分类号：Ｕ４６３．３３
文献标志码：Ａ
文章编号：１００３—５０６０（２０１０）１２—１７６５—０５
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ＳＡＳ ｗｉｔｈ ＭＲ ｄａｍｐｅｒ
ＸＩＡ Ｇｕａｎ９１～， ＴＡＮＧ Ｘｉ—ｗｅｎ３， ＷＡＮＧ Ｓｈａｏ－ｊｉｅｌ， ＳＵＮ Ｂａｏ－ｑｕｎｌ
‘
直方向的运动状态。 （２）车速信号调理电路。该电路主要是检测
汽车行驶速度，然后根据不同阶段的车速采用不 同的控制策略。
（３）恒流源驱动电路。该电路的主要功能是 驱动受控源，改变减振器上的电流大小，从而调节 阻尼力大小。采用处理器中自带的ＰＷＭ功能， 通过滤波来实现Ｄ／Ａ转换，通过控制ＰＷＭ的占 空比来实现控制电压大小，并实现控制恒流源输 出电流大小，进而通过恒流源输出电流控制减振 器的磁流变液的黏度来改变其阻尼力。
磁流变半主动悬架是通过改变磁流变液流体 的黏度来改变悬架减振器阻尼力的一种新型电控 悬架，由于其响应快、动态范围宽、功耗低和结构 简单的特点，且能取得与主动悬架相近的控制效 果而成为近年来智能悬架研究的热点ｒ１－－３］。
关于磁流变减振器的控制方法很多，随着研 究的深入，控制算法也越来越复杂ｒ４－６］，但是这些
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电流反馈 电
框 弓ｌ一幽网；ＬＪ断检电测酬剃 Ｔ 外部ＬＨ邋褡ｂ
最后，处理器根据不同的车速口进入其相应的处 理子程序，在每个对应的处理子程序里对加速度
多（咒）和加速度变化率酗（咒）的符况后，处理器根据 多（咒）的大小，控制恒流源输出相应的电流以控制
减振器。根据加速度多（咒）和加速度变化率的
（ｎ）的符号，把悬架分为４种不同的行程。
对任务堆栈区初始化
坳垒堡上 箜ｌ
（４）ＣＡＮ通信电路。该电路功能模块包括２ 个兼容ＣＡＮ２．０Ｂ协议的ＣＡＮ控制器组成，这些 丰富的内部资源和外部接口资源可以满足ＥＣＵ 对各种数据的处理、ＣＡＮ网络数据的发送和接收 要求，能够实现高低速ＣＡＮ网络的网关节点 功能。
（５）故障诊断电路。该电路功能就是利用 ＥＣＵ监视加速度传感器、ＥＣＵ和恒流源各组成部 分的工作情况，发现故障后自动启动故障运行程 序，将故障以代码的形式（此代码为设计时已经约 定好的）存入Ｆｌａｓｈ存储器；同时，通过故障指示灯 提醒驾驶员和维修人员电控系统中出现的故障。
万方数据
第１２期
夏光，等：汽车磁流变半主动悬架控制系统设计
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２．３基于ｐＣ／ＯＳｑＩ的系统软件设计 ２．３．１ 系统控制方案
磁流变减振器的参数随外加磁场的变化而变 化，具有较强的非线性，难以建市精确的数学模 型。采用传统的控制方法对磁流变减振器进行控 制，控制效果有时难以满足要求。模糊控制器是 一种不需要对控制对象精确建模的控制器，而且 对过程参数的变化不敏感，具有很强的鲁棒性。 它根据人们的经验制定控制规则得出控制决策 表，然后求出控制量的大小，特别适合于对磁流变 减振器进行控制。
２系统软件设计
２．１嵌入式实时操作系统弘Ｃ／ＯＳ－ＩＩ 弘Ｃ／ＯＳ－ＩＩ是一种免费公开源代码、结构小巧
且具有可剥夺实时内核的实时操作系统，具有町 靠性高、移植性强、占用资源少、裁剪方便以及源 码公开等诸多优点。一个移植了实时嵌入式操作 系统的开发平台可以让开发人员把繁琐的调度交 给操作系统，集中精力于模块本身功能的实现，高 效率高质量地完成对实时眭能具有严格要求的汽 车电控单元的开发，大大缩短应用产品的开发周 期，增强整个系统在实际应用中的可靠性，提高产 品的经济效益Ｌ８ｊ。
表２任务优先级和功能描述
系统软件主程序流程，如图２所示。
表１模糊控制状态表
２．３．２ 系统控制策略 设多（玎）是车身的垂直加速度，ｕ是车速，
的（行）是车身的垂直加速度的变化率，其中岁（咒）
和可直接通过处理器的Ａ／Ｄ接ＬＪ采集，处理器通 过计算相邻２个时刻的加速度差，然后再除以２
次采集的时间即可得到加速度的变化率的（咒）。
ｐｃ／ｏｓｑｉ内核包含了任务管理、时间管理、 内存管理及进程问通信４个部分。 ２．２移植“Ｃ／ＯＳ－ＩＩ到ＡＲＭ
要移植一个操作系统到微处理器卜需要做到 对使用的编译器和将要移植的操作系统有深入的 了解，并对具体使用的芯片也要有一定的了解。 根据弘Ｃ／ＯＳ－ＩＩ的要求，移植ｕｃ／ＯＳ－ＩＩ到一个新 的体系结构上需要提供与ＣＰＵ代码相关的３个 代码文件Ｌ９］：Ｃ语言头文件ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ、Ｃ语言 源文件ｏＳ—ＣＰＵ—Ｃ．Ｃ和汇编源文件程序ＯＳ— ＣＰＵ ＡＳＭ．Ｈ。
夏光１’２， 唐希雯３， 汪韶杰１， 孙保群１
（１．合肥工业大学汽车Ｉ：程技术研究院。安徽合肥＇２３０００９；２．合肥工业大学机械与汽车工程学院。安徽合肥２３０００９；３．解放军电 子＿ｃ程学院信息工程系，安徽合肥２３００３７）
摘要：文章采用工程易于实现的模糊控制方法，设计了磁流变半ｔ动悬架模糊控制器；进行了车身垂直加速
最小系统是指该处理器能正常工作所必须的 条件，主要包括电源时钟、复位和ＪＴＡＧ接口，如 果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器 系统。 １．２系统硬件电路设计
（１）加速度信号调理电路。该电路主要包括 电荷放大器、电压放大、巴特沃思滤波、电平转换 和隔离限幅电路，把车身垂直加速度的电荷信号 转化为处理器可以识别的较高精度的电压信号， 传递给控制系统的电子控制单元，以提供车身垂
孙保群（１９５６一），男，安徽定远人，合肥工业大学研究员，硕士生导师．