张扬、周武能、潘亮、杨佳乐

（东华大学信息科学与技术学院，上海）

摘要：以天花控制方法为理论基础磁流变减振器 档，结合磁流变减振器的工作机理，建立了磁流变半主动悬架的硬件结构体系，实现了被动悬架和磁流变半主动控制悬架的乘坐。 . 结果表明，与被动悬架相比，磁流变半主动悬架能够很好地抑制低频车身垂直方向的加速度变化和振动幅度，从而提高车辆的稳定性和舒适性。

关键词：半主动悬架；两个自由度；天花板控制

0 前言

车身与车轮之间的动态悬架是车辆的重要组成部分。悬架性能的好坏将直接影响车辆在行驶过程中的行驶安全性、乘坐舒适性和操纵稳定性[1]。传统的被动悬架由阻尼元件和弹性元件组成，具有不变的阻尼系数和刚度。在构建被动悬架系统之前，需要设置阻尼系数和刚度。由于参数设置后不可调，只能适应一定工况下的振动，对多变的行驶路况适应性较差。半主动悬架可在一定范围内调节作动器的阻尼或刚度，具有功耗低、结构简单、成本低，容错性好[2]。磁流变减振器是利用新材料磁流变流体在变化磁场作用下的快速可逆流变特性而设计的一种新型致动器。具有能耗低、阻尼力连续产生、控制方便等优点。因此，将磁流变技术应用于半主动悬架的研究具有重要意义。

本文重点关注提高车辆的乘坐舒适性和乘坐舒适性。将磁流变阻尼器应用于基于天花板控制算法的半主动悬架。搭建硬件设备平台，实现软件设计。对比在平台上获得的实验数据，分析磁流变半主动悬架和被动悬架对提高车身平顺性和平顺性的效果。

1 算法设计

整车一般由四个悬挂系统组成，但理论分析中常采用1/4整车二自由度悬挂系统模型，二自由度悬挂系统如图1所示模型。悬架系统模型的动力学方程可表示为：

式中，M2、M1分别为车身质量和车轮质量；ks 和 kt 分别是悬架弹簧和车轮刚度；Ce 为悬架阻尼系数；X2、X1是垂直位移和车轮的垂直位移；X0 为路面向上激励；F 是控制力。当 F 不动作时，上述模型可以等效为被动悬架。

图 2 显示了理想的天花板控制悬挂。天花板控制算法的基本思想是在车身和假设的“天花板”之间安装一个阻尼器。当阻尼器的阻尼系数发生变化时，会产生不同的阻尼力作用在控制悬架上，起到减振的作用。假设车辆悬架的簧载质量与参考地面之间存在阻尼。

理想的天花板阻尼力为：

Fs=－CsX 2 (2)

其中： Cs 是天花板阻尼系数，取决于悬挂系统本身。根据图2，写出运动微分方程如下：

M1X··1+kt(X1－X0)－ks(X2－X1)－Ce(X·2－X·1)=0

M2X··2+ks(X2－X1)+Ce(X·2－X·1)+CsX·2=0 (3)

根据与天花板阻尼等效的原理，图 1 所示的半主动悬架中的力 F 由磁流变阻尼器提供[3-4]，即图 1 中的 F 之间存在一定的关系。 1 和天花板阻尼力 Fs。一种关系。由于 Fs=－CsX·2，当 X·2 和 (X·2－X·1) 同向时，F 和 Fs 同向[5]，所以通过改变励磁电流，Fs 和 Fs 可以 F 相等；当 X·2 和 (X·2－X·1) 取反时，F 和 Fs 取反。为了使两者之间的差异最小，F 应考虑到磁流变阻尼 器件本身有一定的阻尼，所以 F 的最小值不能取 0 的值磁流变减振器 档，F∈[Fmin, Fmax]，所以 F 的值可以表示为：

F=·(X2·－X1·)≥0且Fd>Fmax

-CsX·2X2·(X2·-X1·)≥0且Fd≤Fmax

·(X2·－X1·)≤0 (4)

公式 (4） 中的力 F 由磁流变阻尼器提供。

2 磁流变悬挂系统的构建

悬架系统包括硬件结构搭建和软件算法，如图4所示。硬件部分主要包括加速度传感器、PCI数据采集器、工控机、程控电流源和磁流变阻尼器。软件需要实现模拟输入信号的采集、滤波、积分和微分，然后通过上述天棚算法向程控电流源输出电流控制指令，最后通过电流改变磁流变阻尼器。产生阻尼力 Fcs 的信号。悬挂系统达到减缓系统振动的效果。

3、路试结果分析

假设一辆越野车在特定道路上以 9 m/s 的恒定速度直线行驶。在本次测试中，采用某公司的加速度传感器采集车身质心在垂直方向的加速度信号和驾驶座处的加速度信号。电流指令两种情况下的数据采集，显示了体重中心的变化和驾驶座的加速度。悬架系统相当于没有磁流变阻尼器工作的被动悬架。

图 5 显示了某一时刻的道路输入情况。图 6 和图 7 显示了加速度的变化。由于磁流变半主动悬架系统中阻尼器产生的阻尼力F对整个控制系统起到一定的调节作用，在相同的路况下，带有磁流变阻尼器的车辆在行驶过程中垂直方向的加速度变化为显着低于磁流变阻尼器不发挥任何作用时的值。从图中可以看出，半主动悬架系统在驾驶员位置和车身质心处装有磁流变阻尼装置

图7 驾驶座处的加速度变化一般比被动悬架控制系统的垂直振动加速度低70%-80%，尤其是在低频段，会明显提高车辆的乘坐舒适性和乘坐舒适性。可见，磁流变阻尼器在半主动悬架系统中的应用有利于降低低频共振的幅值，具有推广意义。

4。结论

本文以提高车辆的平顺性和平顺性为重点，将磁流变阻尼器应用于基于天花控制算法的半主动悬架，搭建了硬件设备平台，实现了软件设计。对比在实验平台上获得的实验数据，分析磁流变半主动悬架和被动悬架对提高车身平顺性和平顺性的影响。分析表明，配备磁流变阻尼装置的半主动悬架系统有利于降低车辆行驶过程中垂直方向的振动幅度。很大的宣传意义。

参考

[1] 周长城. 车辆悬架设计与理论[M]．北京：北京大学出版社，2011.

[2] 彭志钊，张金秋，张宇，等。半主动车辆悬架频域控制算法[J]．装甲兵工程学院学报, 2013, 27(4):36?42.

[3] TC，SHAW M T.?[J]．IEEE on, 1989, 24 (5):849?879.

[4] D. of and [J]., 1997, 33 (10):1781-1817.

[5]赵世堂，陈思忠，冯展宗，等。磁流变半主动悬架天棚控制方法研究［J］. 中国汽车工程学报, 2011, 1(2):127?133.