车辆磁流变减振器双闭环驱动控制系统设计

张锐

摘要：随着近年来的不断研究与完善，在磁流变半主动悬架设计、驱动、控制技术方面已取得长足进步，半主动悬架与电控制动集成控制也取得了不错的效果。本文从提升车辆平顺性与稳定性的角度出发，开发基于磁流变半主动悬架与线控制动系统的集成控制系统，对车辆磁流变减振器双闭环驱动控制系统进行设计，使其达到更好地效果。

关键词：磁流变减振器

一、磁流变减振器结构参数优化研究现状

线控底盘及其集成控制技术作为实现车辆自动驾驶功能，保障智能网联汽车安全性、稳定性、舒适性的关键环节，是我国汽车行业要着重发展并进行突破的关键领域之一。线控制动系统控制车辆纵向动力学以及侧向动力学，对保证车辆的操纵稳定性具有重要贡献。

在分析磁流变减振器优化设计工作之前，首先分析磁流变减振器工作原理，以车辆常用的筒式减振器为例，分解磁流变减振器工作过程，如图1 所示。

现有磁流变减振器优化研究存在以下不足：

（1）现有优化研究主要针对磁流变减振器内部结构与减振器输出性能参数的关系进行优化，缺少与车辆性能需求建立联系的過程，减振器结构参数优化对车辆性能的影响不够清晰。

（2）现有研究中评价指标的选取存在不足：现有的单目标优化研究中，最大阻尼力并不能单独表征减振器输出力范围;动态系数及无量纲相对阻尼系数虽反映减振器调节能力，但随速度变化波动严重，无法准确评价减振器性能。

（3）现有优化研究中，设计参数均以相对独立的形式在固定范围内自由选取，缺乏对参数间耦合关系及约束条件的分析，这使得优化范围偏大，减缓了优化进程。

二、磁流变减振器构型分析

本文为某自主品牌中级轿车设计磁流变减振器。采用双线圈反向串联的流动模式单筒减振器方案，其结构局部细节如图 2所示。

活塞励磁铁芯中安装两旋向相反串联线圈，通电后在铁芯与活

塞外套筒之间形成两反向磁场，改变油液通道内的磁流变液剪切应力，产生可变阻尼力。该方案采用单筒结构，相比双筒减振器具有更小的径向尺寸，且磁流变液不易沉降。相比混合模式减振器，流动模式方案的磁场封闭性好，磁路磁阻小，励磁能力强。该方案相比单线圈方案可以使铁芯内磁场分布更均匀，提升总磁通量，从而增大减振器输出力动态范围。此外双线圈反向串联有助于减小铁芯涡流，加快反应速度。

三、磁流变减振器双闭环驱动控制系统设计

半主动悬架中减振器驱动控制系统的控制目的是使减振器输出阻尼力尽可能快速并准确地跟踪控制系统目标阻尼力。由前文的分析可知，影响减振器跟随能力的因素包括线圈中“输入电压→线圈电流”的电流响应特性，以及减振器“线圈电流→输出阻尼力”的阻尼响应特性。

显然，要提高减振器输出阻尼力的跟随能力，应同时对减振器电流响应环节及阻尼力响应环节进行闭环控制。本文针对磁流变减振器的响应特性，设计了双闭环驱动控制系统，系统架构如图 3 所示。

四、结束语

本文以提升整车性能为目标，进行了磁流变减振器结构参数优化设计研究。

（1）针对现有研究中磁流变减振器参数优化与车辆性能脱节的问题，在进行双线圈磁流变减振器构型分析的基础上，对减振器结构参数优化问题的进行了描述。明确了优化目标函数，约束条件及设计变量。建立了减振器结构参数优化流程。

（2）搭建了用于减振器结构优化的整车仿真平台。分别建立了路面-整车动力学模型、半主动悬架多参数反馈控制算法原型、磁流变减振器驱动控制器模型以及磁流变减振器多物理场模型。

（3）在进行磁流变减振器结构参数优化过程中，首先基于耦合关系和灵敏度分析进行了结构参数优化设计变量的筛选。而后为提升整车仿真优化的计算效率。

参考文献：

[1]王恩伯.自适应可变悬架系统控制原理简析[J].江苏科技信息，2010（4）：29-30.

[2]李以农，潘杰锋，郑玲.磁流变阻尼器的有限元参数优化设计[J].重庆大学学报，2010，（05）：35-40.

[3]邓晓毅，石明全，范树迁.磁流变减振器磁路结构的优化[J].计算机仿真，2010，（09）：291-294.

（作者单位：1太原理工大学;2太原公共交通控股（集团）有限公司）