军用越野车辆磁流变半主动悬架的研制及其控制方法研究

Semi-active controllable dampers, based on smart material magnetorheological fluids, have been applied to vehicle suspension vibration control systems to improve the suspension performances. However, for the military road and off-road vehicles that are driving in tough environments, including poor road conditions and high vehicle speeds, conventional magnetorheological dampers cannot meet the control requirements for the semi-active suspension systems based on magnetorheological dampers. In order to address the suspension problems due to the uncertain environments, in this project, (1) the principle of a magnetorheological damper that simultaneously has shock control actuator performance and vibration control actuator performance is proposed, and fail-safe performance of the magnetorheological damper is integrated as well. The fail-safe magnetorheological damper can be applied in both the shock and vibration control systems, since large range of dynamic controllable ratio of the damper is achieved by decreasing the ratio of piston speed of the damper to the fluid flow speed through the fluid flow channel. The dynamic controllable ratio that is dependent on the Reynolds number of the fluid through the fluid flow channel is determined by the piston-fluid speed ratio. (2) A control strategy for suspensions of military road and off-road vehicles based on the fail-safe magnetorheological damper is proposed. Shock and vibration states can be analyzed, distinguished, and controlled by specific sub-control strategies, according to the driving environments, and then the full vehicle suspension system can be coordinately controlled.

基于智能材料磁流变液的半主动可控阻尼器已被研究/应用于汽车悬架振动控制系统中以提高安全性和舒适性。然而对于行驶环境（包括路面环境和行驶速度）极为苛刻的军用越野车辆而言，传统的磁流变阻尼器性能已不能满足半主动悬架系统的控制需要。针对高速行驶于路面环境不确定的军用车辆，本项目(1)提出了一种同时具有冲击控制执行器性能和振动控制执行器性能的磁流变阻尼器原理，实现了在供电系统失效情况时的"失效-安全"性能。该"失效-安全"磁流变阻尼器通过降低活塞运动速度和磁流变液流通液流通道的速度比以降低流通液体的雷诺数，最终提高磁流变阻尼器的可控阻尼比范围，在实现高速冲击用的半主动执行器性能要求的同时满足低速振动控制要求；(2)提出了一种基于"失效-安全"磁流变阻尼器的军用越野车辆半主动悬架的控制方法，根据车辆行驶环境区分冲击控制与振动控制，分别对冲击与振动进行有效控制，最终实现整车悬架系统的协调最优控制。

基于智能材料磁流变液的半主动可控阻尼器已被研究/应用于汽车悬架振动控制系统中以提高安全性和舒适性。然而对于行驶环境（包括路面环境和行驶速度）极为苛刻的军用越野车辆而言，传统的磁流变阻尼器性能已不能满足半主动悬架系统的控制需要。针对高速行驶于路面环境不确定的军用车辆，本项目（1）提出了一种同时具有冲击控制执行器性能和振动控制执行器性能的磁流变阻尼器原理，实现了在供电系统失效情况时的“失效-安全”性能。（2）实现了一种同时具有高速冲击控制系统需求的宽可控阻尼范围和低速振动控制系统需求的低零场阻尼力的磁流变阻尼器原型。（3）针对基于该磁流变阻尼器的半主动冲击和振动控制系统，对比了几种在不同控制方法下的振动与冲击控制效果。发表SCI论文5篇（其中1篇正在刊出，JCR二区1篇、JCR三区3篇）、EI论文1篇，应邀参加国际会议宣读会议论文6篇（均为ISTP收录），获得授权发明专利4项、实审发明专利2项。.此外，在研究过程中发现，影响冲击与振动系统控制效果的不仅磁流变液激励速度相关，激励频率对于可控执行器的性能的影响也不可忽视。基于此，课题组在本项目的资助下，开展了磁流变液的高频激励性能研究、挤压模型研究以及纯剪切模式的应用研究等。已发表SCI论文3篇（JCR二区1篇、JCR三区2篇），应邀参加国际会议宣读会议论文4篇（均为ISTP收录），获得授权发明专利2项、实审发明专利1项。.最后，为了尝试使用可控刚度的方式弥补具有可控阻尼的磁流变执行器的性能“先天缺陷”，在本项目的资助下，进行了磁流变弹性体的模型和基于磁流变弹性体的吸振/隔振器研究。已发表SCI论文3篇（其中1篇正在刊出，JCR二区1篇、JCR三区2篇），应邀参加国际会议宣读会议论文2篇（均为ISTP收录），获得授权发明专利2项、实审发明专利1项。