张垚，刘茜，石文强

（1.河北工业大学机械工程学院，天津 300130；2.陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

基于磁流变减震器的三维模糊控制

张垚1，刘茜1，石文强2

（1.河北工业大学机械工程学院，天津 300130；2.陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

汽车磁流变减震器是一种新型的半主动阻尼可控减震器，要想让磁流变减震器要想很好地发挥作用，一个好的控制系统至关重要。模糊控制方法是最常见的磁流变减震器控制策略，但都以二维模糊控制为主。论文综合考虑减震器的工作实际，建立了一种三维模糊控制系统，用以提高磁流变减震器仿真效果的真实性，并利用Simulink软件进行了仿真。

半主动悬架；磁流变减震器；三维模糊控制；Simulink

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-236-02

前言

按照输入变量数量的不同，模糊控制器有一维、二维和三维之分。一般汽车磁流变减震器的模糊控制系统大都采用汽车悬架垂直振动的速度或加速度的偏差和偏差变化率作为输入变量，以控制力作为输出变量[1,2,3]，因此传统的模糊控制器都采用二维结构。虽然这种二维模糊控制方式在计算机仿真中仿真效果不错，但是却没有充分地考虑到减震器的工作实际，使得仿真结果与真实效果有所偏离。本论文原有二维模糊值控制系统的基础上，引入活塞速度信号作为第三输入变量，建立了能够更加真实的反映出仿真效果的三维模糊控制系统，

1、普通二维模糊控制系统

如图1，是大部分磁流变减震器仿真所采用的二维模糊控制系统的结构[1-7]，输入信号为悬架垂直振动的速度或加速度信号及其变化率信号，输出信号为阻尼力。

图1 二维模糊控制系统

如表1，是一种常见的二维模糊控制系统所采用的模糊控制规则[8]。从表中可以看出来，在左上方的区域中，和为负时，控制系统需要输出正方向的阻尼力；在右下方的区域中，和为正时，控制系统需要输出负方向的阻尼力。

表1 二维模糊控制规则

通过减震器的工作原理可以知道，减震器所产生的阻尼力方向是与活塞运动方向相反的，当活塞正方向运动时，减震器只能产生出反方向的阻尼力。说明在磁流变减震器工作过程中，不论控制系统怎么控制，阻尼力的方向都是由活塞运动方向决定的，不能由控制系统任意给出。因此，虽然这种二维模糊控制方法获得的仿真效果看似比较理想，但是如图2将其阻尼力信号与活塞运动信号放在同一个示波器下进行观察就会发现：当活塞速度信号为正，既活塞处于拉伸过程时，控制系统依然能够输出正方向的阻尼力，这是不符合减震器工作实际的。

图2 二维模糊控制时活塞速度与输出阻尼力信号

2、磁流变减震器的仿真

通过前面的分析可以看出，对模糊控制的磁流变减震器进行仿真，如果不引入活塞振动速度信号，就会导致在仿真过程中，活塞正向运动的时候，系统可能会给出正向的阻尼力输出信号，与减震器的工作实际相违背的，这样得到的控制效果也是不真实的。因此本文将活塞振动速度信号作为第三输入信号，以控制电流为输出信号，建立出了一个三维模糊控制系统，其结构如3：

图3 三维模糊控制系统

该三维模糊控制系统所采用的模糊控制规则如表2。

将三维模糊控制的磁流变减震器与二维模糊控制的磁流变减震器在同一环境下进行仿真，悬架加速度对比结果如图4。

表2 三维模糊控制系统控制规则

图4 二维模糊控制与三维模糊控制下悬架加速度对比

3、结论

通过仿真结果可以看出，三维模糊控制系统的仿真效果要略差于二维模糊控制系统，但是依然起到了十分良好的减震效果。同时由于其遵循了减震器的工作实际，保证了阻尼力方向始终与活塞运动方向相反，因此其仿真结果更加接近真实，相比于二维系统更具说服力。

[1] 张莉洁.汽车磁流变液减振器的研究[D].南京:《南京理工大学》, 2004.

[2] 祝世兴,王巍然.两种磁流变阻尼器的结构设计与性能分析[J].《机床与液压》, 2016, 44(3): 89-93.

[3] 徐中明,张志飞,贺岩松.对汽车平顺性评价方法的探讨与建[J].汽车工程,2010,32(1):73-76.

[4] 陈杰平,陈无畏,祝辉.基于Matlab/Simulink 的随机路面建模与不平度仿真[J].农业机械学报,2010,41(3):11-15.

[5] 薛建海.双出杆磁流变减震器及减震系统研究[D].天津:中国民航大学, 2008.

[6] ZadenA.G.,FhaimA.,and El-Gindy M.,Neural network and fuzzy application to vehicle system:lietaurter suvrey. Int.J of Vehiele Design,1997,Vol.18,No.2,pp.132-193.

[7] 金平.起落架磁流变减震器控制算法及电路研究[D].天津:中国民航大学, 2007.

[8] 王文静.轿车主动悬架系统的模糊控制与仿真研究[D].重庆:重庆交通大学,2012.

Three dimensional fuzzy control based on magnetorheological damper

Zhang Yao1, Liu Qian1, Shi Wenqiang2
( 1.School of mechanical engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130; 2.Shaanxi Heavy-duty Motor Company Limited, Shaanxi Xi'an 710200 )

Magnetorheological damper is a new type of semi-active damper. In order to make the magneto rheological damper work well, a good control system is very important. The fuzzy control method is the most common control strategy of Mr damper. In this paper, considering the practical work of the shock absorber, a three-dimensional fuzzy control system is established to improve the simulation effect of the MR damper, and the simulation is carried out by using Simulink software.

Semi active suspension; Magneto rheological damper; Three-dimensional fuzzy control; Simulink

U463.6

A

1671-7988 (2017)10-236-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.081

张垚，男，（1989-），在读研究生，研究方向：为汽车电子控制技术。刘茜，女，（1971-），副教授，研究方向：为汽车电子控制技术。石文强，男，（1988-），就职于陕西重型汽车有限公司。