智能车辆悬架系统中磁变流体阻尼器建模与滞环非线性控制技术研究

This research project will be focused on the Magneto-Rheological (MR) fluid damper based semi-active smart vehicle suspension system. The following main topics will be included in this project: (1) In order to investigate the semi-active adaptive control methodology for the application of the controllable MR damper in the vehicle suspension systems, the MR dampers' dynamic model will be established, and then a novel semi-active adaptive control method, which is focused on the two-dimensional hysteresis nonlinear properties of the MR damper, will be proposed; (2) In order to improve the comfort and safety performance of road and off-road vehicles, the proposed MR damper based smart vehicle suspension system should be able to automatically adjust the stiffness and damping factor to meet the requirement of the different driving condition, loading condition, uncertainties of road condition, and so on, which will make the MR damper work in different frequency range; (3) This project will be focused on the practical application in cooperation with vehicle industries, as well. The actualization of the research project will greatly improve the comfort and safety properties of the vehicle system，and then meet the requirement of the development of the advanced smart vehicle system. The achievement of this research project will also have significant contribution to the modeling and nonlinear control methodologies of the application of smart materials, which have typical nonlinear hysteresis properties. The result of this project can be further extended to other engineering aspects, such as the weapon-platforms, buildings, bridges, and so on. Therefore, this research project has very high potential of practical applications and commercial value.

本课题以车辆悬架为应用背景，研究基于磁变流体阻尼器的半主动智能车辆悬架系统。研究内容包括:1)构建磁变流体阻尼器的动力学模型,研究针对二维滞环非线性特性的控制器,以解决磁变流体阻尼器在应用方面的关键理论问题，并研制磁变流体阻尼器在车辆悬架减振系统的半主动自适应控制的基本方案，以解决其在车辆减振应用方面的问题;2) 研发基于磁变流体阻尼器的能适应不同行驶状况的智能车辆减振系统，以解决车辆减振对在不同工作频段下磁变流体阻尼器的要求，以及对车厢负载、车速和路面不规则等不确定因素的自适应控制;3)开展实际应用和产业化,改造由不可控液压阻尼器构成的车辆减振装置,极大地改善车辆的乘坐舒适性，适应未来车辆工程发展方向。本研究成果还将对滞回及弱饱和非线性特性的智能材料建模，以及针对其的现代非线性控制方法的发展具重要意义，还可进一步推广到其它工程领域，如武器平台、建筑物、桥梁等,具有极高应用前景与商业价值。

本课题以车辆悬架为应用背景，研究基于磁变流体阻尼器的半主动智能车辆悬架系统。研究内容包括:1)构建磁变流体阻尼器的动力学模型,研究针对二维滞环非线性特性的控制器,以解决磁变流体阻尼器在应用方面的关键理论问题，并研制磁变流体阻尼器在车辆悬架减振系统的半主动自适应控制的基本方案，以解决其在车辆减振应用方面的问题;2)研发基于磁变流体阻尼器的能适应不同行驶状况的智能车辆减振系统，以解决车辆减振对在不同工作频段下磁变流体阻尼器的要求，以及对车厢负载、车速和路面不规则等不确定因素的自适应控制;3)开展实际应用和产业化,改造由不可控液压阻尼器构成的车辆减振装置,极大地改善车辆的乘坐舒适性，适应未来车辆工程发展方向。.基于既定的研究内容：（1）课题组分别测试了三种不同的磁变流体阻尼装置的动态特性，并进行建模分析，在此基础上开发了相应的控制算法。并以该研究点为基础，课题组在2017年成功申报并获得了国家自然科学基金重点项目的支持，以深入进行回滞非线性建模与控制方面的研究；（2）课题组已搭建基于MTS系统的结构动态测试平台、1/4车模型测试平台以及半车测试平台。并已将前期的科研成果应用于车辆系统，取得了初步的研究成果；（3）课题组借助于该科研项目，已经独立开发了具有自主知识产权的磁变流体阻尼器，相较与传统的设计方案，该阻尼器具有对称的特性且在同尺寸的条件下，能够提供更大的阻尼力；（4）课题组主要针对SUV型车辆开展整车动态建模的研究，并将构建的磁变流体阻尼装置的动力学模型融入整车模型中，目前正在开展仿真研究；（5）后期借助于国家自然科学基金重点项目的支持，课题组将开展整车的台架测试以及路面测试。.本研究成果还将对滞回及弱饱和非线性特性的智能材料建模，以及针对其的现代非线性控制方法的发展具重要意义，还可进一步推广到其它工程领域，如武器平台、建筑物、桥梁等,具有极高应用前景与商业价值。