[发明专利]一种基于电流变材料的减振器设计及控制策略

说明书

本发明公开了一种基于电流变材料的减振器设计及控制策略,所述方法包括以下步骤：第一步，电流变液体的分析；第二步，电流变液减振器的设计；第三步，电流变半主动悬架模糊控制策略的设计及仿真。本发明的基于电流变材料的减振器设计及控制策略，对电流变液体减振器的物理模型及工作原理、电流变液体减振器数学模型、电流变减振器的结构以及对带电流变减振器的半主动悬架控制方法进行详细的设计和分析；实现根据电流变材料具有电流变效应的特性，通过电场来控制电流变流体的流动特性，以达到阻尼力控制，而产生连续可控的阻尼力可以实现车辆良好的乘坐舒适性和操纵平稳性。

技术领域

本发明涉及一种基于电流变材料的减振器设计及控制策略，属于计算机软硬件设计技术领域。

背景技术

电流变减振器响应迅速、能耗小、控制方便，在汽车悬架的半主动控制和结构振动控制方面显示了广阔的发展前景；电流变减振器的广泛应用依赖于电流变液体材料的研究与突破，材料研究一直备受瞩目；目前，电流变液体材料已经从天然单一材料发展到各种复合材料、改性材料：从两相材料发展到均相材料，并能够做到在分子水平上对材料进行设计、合成和制备；电流变减振器是汽车悬架半主动控制的关键执行器，设计和制造性能优良的电流变减振器，对汽车半主动悬架系统走向产业化起着关键的作用；电流变减振器响应迅速，其阻尼力可根据控制电压连续、无级调节，为汽车悬架系统的半主动控制奠定了基础。自校正控制是一种将受控对象参数在线识别与控制器参数整定相结合的控制方法；模型参考自适应控制系统采用了一个被称为参考模型的辅助系统，加到可调系统的指令同时也是参考模型的输入量，模型的输出量可用来确定期望的性能指标；它应用于汽车减振系统的原理是当外界激励条件和车辆自身参数状态发生变化时，被控车辆的振动输出仍能跟踪所选定的理想参考模型。本发明在当前电流变液体、减振器、振动控制的基础上，对电流变液体减振器及其控制策略进行了研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于电流变材料的减振器设计及控制策略，实现根据电流变材料具有电流变效应的特性，通过电场来控制电流变流体的流动特性，以达到阻尼力控制，而产生连续可控的阻尼力可以实现车辆良好的乘坐舒适性和操纵平稳性。

本发明的基于电流变材料的减振器设计及控制策略，所述方法包括以下步骤：

第一步，电流变液体的分析，

a.介绍电流变效应及主要的影响因素；

b.介绍电流变液体的力学性能，分析各种组成成分在电流变液体中的作用及其对电流变液体性能的影响；

c.从工程应用角度提出并分析电流变液体的力学性能要求并制备出一种电流变液体，进行相应的力学性能测试；

第二步，电流变液减振器的设计，

a.应用流体力学理论，根据本构方程，利用环形通道模型和平板模型推导出电流变减振器的流变学方程和阻尼力计算公式；

b.根据电流变液减振器混合工作模式，设计出一种结构简单的电流变液减振器；

c.对影响减振器性能的主要结构参数进行分析，并在振动台上对减振器进行了加速度特性实验，来验证减振器的减振效果；

第三步，电流变半主动悬架模糊控制策略的设计及仿真，

a.建立四分之一车二自由度悬架数学模型和道路模型，并推导出悬架动力学方程和状态方程；

b.设计出汽车电流变半主动悬架模糊控制器，利用仿真软件建立动态模型，并进行计算机仿真，与被动悬架就簧载质量加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷这些性能指标进行对比分析；

c.分析结果证明半主动悬架系统比传统的被动悬架具有更好的减振性能，同时也说明该控制策略可行，能够明显地改善汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。