車輛磁流變減振器雙閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張銳

摘要：隨著近年來的不斷研究與完善，在磁流變半主動懸架設(shè)計(jì)、驅(qū)動、控制技術(shù)方面已取得長足進(jìn)步，半主動懸架與電控制動集成控制也取得了不錯的效果。本文從提升車輛平順性與穩(wěn)定性的角度出發(fā)，開發(fā)基于磁流變半主動懸架與線控制動系統(tǒng)的集成控制系統(tǒng)，對車輛磁流變減振器雙閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其達(dá)到更好地效果。

關(guān)鍵詞：磁流變減振器

一、磁流變減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究現(xiàn)狀

線控底盤及其集成控制技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)車輛自動駕駛功能，保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全性、穩(wěn)定性、舒適性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是我國汽車行業(yè)要著重發(fā)展并進(jìn)行突破的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。線控制動系統(tǒng)控制車輛縱向動力學(xué)以及側(cè)向動力學(xué)，對保證車輛的操縱穩(wěn)定性具有重要貢獻(xiàn)。

在分析磁流變減振器優(yōu)化設(shè)計(jì)工作之前，首先分析磁流變減振器工作原理，以車輛常用的筒式減振器為例，分解磁流變減振器工作過程，如圖1 所示。

現(xiàn)有磁流變減振器優(yōu)化研究存在以下不足：

（1）現(xiàn)有優(yōu)化研究主要針對磁流變減振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與減振器輸出性能參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，缺少與車輛性能需求建立聯(lián)系的過程，減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化對車輛性能的影響不夠清晰。

（2）現(xiàn)有研究中評價指標(biāo)的選取存在不足：現(xiàn)有的單目標(biāo)優(yōu)化研究中，最大阻尼力并不能單獨(dú)表征減振器輸出力范圍;動態(tài)系數(shù)及無量綱相對阻尼系數(shù)雖反映減振器調(diào)節(jié)能力，但隨速度變化波動嚴(yán)重，無法準(zhǔn)確評價減振器性能。

（3）現(xiàn)有優(yōu)化研究中，設(shè)計(jì)參數(shù)均以相對獨(dú)立的形式在固定范圍內(nèi)自由選取，缺乏對參數(shù)間耦合關(guān)系及約束條件的分析，這使得優(yōu)化范圍偏大，減緩了優(yōu)化進(jìn)程。

二、磁流變減振器構(gòu)型分析

本文為某自主品牌中級轎車設(shè)計(jì)磁流變減振器。采用雙線圈反向串聯(lián)的流動模式單筒減振器方案，其結(jié)構(gòu)局部細(xì)節(jié)如圖 2所示。

活塞勵磁鐵芯中安裝兩旋向相反串聯(lián)線圈，通電后在鐵芯與活

塞外套筒之間形成兩反向磁場，改變油液通道內(nèi)的磁流變液剪切應(yīng)力，產(chǎn)生可變阻尼力。該方案采用單筒結(jié)構(gòu)，相比雙筒減振器具有更小的徑向尺寸，且磁流變液不易沉降。相比混合模式減振器，流動模式方案的磁場封閉性好，磁路磁阻小，勵磁能力強(qiáng)。該方案相比單線圈方案可以使鐵芯內(nèi)磁場分布更均勻，提升總磁通量，從而增大減振器輸出力動態(tài)范圍。此外雙線圈反向串聯(lián)有助于減小鐵芯渦流，加快反應(yīng)速度。

三、磁流變減振器雙閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

半主動懸架中減振器驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制目的是使減振器輸出阻尼力盡可能快速并準(zhǔn)確地跟蹤控制系統(tǒng)目標(biāo)阻尼力。由前文的分析可知，影響減振器跟隨能力的因素包括線圈中“輸入電壓→線圈電流”的電流響應(yīng)特性，以及減振器“線圈電流→輸出阻尼力”的阻尼響應(yīng)特性。

顯然，要提高減振器輸出阻尼力的跟隨能力，應(yīng)同時對減振器電流響應(yīng)環(huán)節(jié)及阻尼力響應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)控制。本文針對磁流變減振器的響應(yīng)特性，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3 所示。

四、結(jié)束語

本文以提升整車性能為目標(biāo)，進(jìn)行了磁流變減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

（1）針對現(xiàn)有研究中磁流變減振器參數(shù)優(yōu)化與車輛性能脫節(jié)的問題，在進(jìn)行雙線圈磁流變減振器構(gòu)型分析的基礎(chǔ)上，對減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化問題的進(jìn)行了描述。明確了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，約束條件及設(shè)計(jì)變量。建立了減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化流程。

（2）搭建了用于減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的整車仿真平臺。分別建立了路面-整車動力學(xué)模型、半主動懸架多參數(shù)反饋控制算法原型、磁流變減振器驅(qū)動控制器模型以及磁流變減振器多物理場模型。

（3）在進(jìn)行磁流變減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化過程中，首先基于耦合關(guān)系和靈敏度分析進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的篩選。而后為提升整車仿真優(yōu)化的計(jì)算效率。

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（作者單位：1太原理工大學(xué);2太原公共交通控股（集團(tuán)）有限公司）