车辆主动悬架系统及其控制方法
浅析汽车主动悬架系统的发展和控制策略
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浅析汽车主动悬架系统 的发展和控制策略
邱 亚 宇
摘
（ 南京信 息职业技术 学院， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ６ ） 要： 介绍 了国内外汽 车主动 悬架控 制 系统发展和 主要控 制策略 ， 重点论述 了汽车主动悬 架控制 系统的应用和发展 ， 最后列举 了
目前 主 动 悬 架 的控 制 策 略 和 优 缺 点 。
关键词 ： 主动悬架 ； 应用 ； 发展 ； 控 制策略
随着现代汽车对乘坐舒适 『 生 和行驶安全Ｊ 生的要求提高 ，设计一个 起步比较晚 其中上海交通大学、 清华大学 、 吉林大学和同济大学等科研 具有良好综合陛能的悬架成为现代汽车研究的一个重要课题。传统被 院所都开展了一些研究工作 ，对主动悬架进行 了一些理论研究和试验 动式悬架系统的弹『 生 元件其刚度和阻尼是固定值，在汽车行驶过程中 方法的研究 ，仍处于理论探索与数值模拟阶段 ，相应的试验验证比较 无法随路面状况 、 载荷和车速等因素的变化而变化。 由于悬架参数不可 少 ， 还没有进入产品研制开发阶段。 北京理工大学的章一鸣教授较早地 改变 ， 即使参数采用优化设计， 也只能对特定的激励具有最佳效果 ， 一 对主动悬架进行了理论及试验研究。 该校高志彬 、 黄志刚等人进行 了可 旦激励发生变化 ， 悬架 系统的减振效果很难维持最佳， 这一问题注定了 控减振器的性能试验研究 ，试验结果说咀昕 十的三级阻尼可调减振 被动式悬架系统的性能难以提高。近年来 ， 随着计算机技术和各种控制 器 Ｉ 生 能优于传统的被动悬架。 方法 的发展 ， 汽车主动悬架技术成为汽车技术研究的—个重要方向。 这 ２主动悬架系统的控制策略 种主动悬架系统 ，可随汽车行驶状况而自适应地通过作动器控制悬架 汽车主动悬架的研究工作包含两个方面： 一方面是执行器的开发 ， 动力响应 、 或 自动调节悬架的刚度和阻尼参数 ， 具有优 良的减振性能 ， 另一方面是控制策略的研究，两方面较好的配合才会使悬架系统的性 也有利于车辆的操纵稳定 Ｉ 生。 能达到理想的效果。 上世纪五十年代形成完整的经典控制理论， 采用频 １主 动悬 架 系统 国内外发 展状 况 率响应 法和根轨迹法这些 图解分析方法分析系统性能和设计控制装 在汽车悬架系统的发展史上 ， 是１ ９ ５ ４ 年美 国 Ｇ Ｍ汽车公司的 Ｅ 置。历史的实践汪明经典控制理论十分有效的。 ｓ ｐ ｉ ｅ ｌ Ｌ ａ ｂ ｒ ｏ ｓ ｓ ｅ 首次提出了主动悬架的概念。 雪铁龙早在 ２ ０ 世纪 ５ ０ 年 随着状态空间空间法的应用而出现的现代控制理论 ，它可以解决 代初期就将电控主动液压悬架装备在其 １ ５车型上 ， 但实现大规模的批 多输人多输出的多维空间系统 ， 研究 的系统复杂性不断提高 ， 其 已开始 量使用则是在稍后推出的 Ｄ Ｓ系列车型上Ⅲ 。 向智能控制方向发展 。目前应用于主动悬架系统的控制理论 比较多， 常 １ ９ ６ ５ 年， Ｗ． ０ ． Ｏ ｂ ｓ ｏ ｎ 和ｋ Ｒ ￣ Ａ ｌ ｌ ｅ ｎ 作了类似的研究工作。此后 ， Ｔ ． Ｈ ． 见的控制方法主要有 以下 ３ 种： Ｒ ｏ ｃ ｈ ｗ ｅ ｌ ｌ ， Ｓ ． Ｋ ｉ ｍｉ ｃ ￣和 Ｍ ． Ｌ ａ ｗ ｔ ｈ ｅ ｒ 做了用伺服机构作为主动元件的理论 ２ ． １ 天棚阻尼控制。美 国著名控制专家 Ｋ ａ ｒ ｎ ｏ ｐ ｐ 在二十世纪七十年 研究 。早期研究的主动悬架数学模型是不考虑非簧载质量和轮胎特ｌ 生 代初提出了天棚阻尼的概念。这种方法的思想就是在车身上安装一个 的单 自由度系 统 。 与车身振动速度成正比的阻尼器，使阻尼器产生的力与车身竖直方向 １ ９ ７ ６ 年Ｔ ｈ ｏ ｍｐ ｓ ｏ ｎ首先将全状态反馈最优控制理论应用于主动悬 的运动相抵抗 ， 便可以Байду номын сангаас效地防止车身与悬架发生大的共振。 这种方法 架的研究中。１ ９ ８ ４年他又利用部分状态反馈最优控制理论构造了次最 简单 ， 所需要的车身传感器数量也较少 ， 不需要非常复杂的悬架系统模 优反馈阵。 随后 ， Ｔ ｈ ｏ ｍ ｐ ｓ ｏ ｎ 和Ｐ ｅ ａ ｒ ｃ ｅ 把两个 自由度模型扩充到四个 型 ， 实现起来 比较简单 。后来 ｋ ａ ｒ ｎ ｏ ｐ ｐ 又提出了开关阻尼的概念 ， 这种 自由度模 型 。 方法是天棚阻尼的延伸 ，目前已被美 国通用汽车公司应用于某型号车 并取得了良好 的效果 。 １ ９ ８ ６ 年， Ｒ ． Ｍ． Ｃ ｈ ａ ｌ ａ ｓ ｓ ａ ｎ ｉ 研究了整车模型 的行驶 Ｉ 生能。Ｐ ． Ｂ ａ ｒ ａ ｋ和 上 ， ２ ． ２ 智能控制。 近些年来智能控制取得了很大的发展 ， 最有代表ｆ 生 的 Ｄ ． Ｈ ｒ ｏ ｖ ａ ｔ 用计算机模拟激励的方法， 比较 了主动悬架的优趱 陛。用性能 指数 １ Ｉ表示 主动 、 半主动 、 和被动 悬 架 的性能 。对 一组 特 定的 Ⅱ 加权 便是模糊控制和神经网络控制。模糊控制是由美国动控制理论专家扎 计算模拟的激励结果显示采用半主动悬架和主动悬架的车辆其各项指 德ｆ Ｌ ＾ Ａ ． ｚ ａ ｄ ａ ｈ 艉 出来的， 通过一定的发展 ， 模糊控制理论已经成为人们所 研究的一个热 门课题。在汽车悬架控制方面， Ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ ｍ ｕ ｒ ｏ 教授将模糊控 标多下降了很多。 １ ９ ５ ５ 年法 国 Ｃ ｉ ｔ ｒ ｏ ｅ ｎ 汽车公司研制出一种液压一空气悬架系统 ， 制理论首先应用到汽车主动和半主动悬架 中。汽车悬架可以看作是用 可以使汽车具有较好 的行驶平顺性和乘坐舒适性 ，由于它的制造工序 组非线 『 生 微分方程来描述的非线性系统 ，利用模糊推理方法可推导 过于复杂 ， 最终未能普及。１ ９ ８ ２ 年美国 Ｌ Ｏ Ｔ Ｕ Ｓ 汽车公 司研制出有源主 出合适的阻尼力 ，实验结果显示采用模糊控制理论设计的控制器可使 动悬架系统 ，瑞典 Ｖ Ｏ Ｌ Ｖ Ｏ汽车公 司在其车上安装 了实验 ｆ 生的 Ｌ Ｏ Ｔ Ｕ Ｓ 主动悬架的性能得到有效提高 ， 提高了汽车行驶的平顺性 。 模糊控制和 主动悬架系统。１ ９ ８ ３年 日 本Ｔ Ｏ Ｙ Ｏ Ｔ Ａ汽车公司在 Ｓ ｏ ａ ｒ ｅ 轿车上采用了 神经网络控制能够为特殊条件下的模型处理问题提供有效的方法 。可 阻尼可调的减振器。１ ９ ８ ６年丰 田又在 Ｓ ｏ ａ ｒ ｅ 车型采用了能分别对阻尼 以认为智能控制将是 ２ １ 世纪控制领域 的核心技术 ， 智能控制的发展必 和刚度进行三级调节的空气悬架 ， １ ９ ８ ９年 Ｔ Ｏ Ｙ Ｏ Ｔ Ａ在 Ｃ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ 车型上装 将推动科技的发展， 从而对社会进步的推动力是不可估量 的。 置了真正意义上的主动油气悬架系统 福特汽车公司在 １ ９ ８ ４年底的 ２ ． ３ 混合控制。 当前用于汽车悬架振动的控制策略比较多， 单一控制 Ｌ ｉ ｎ ｃ ｏ ｌ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ 车上 装 备 了电控 空气 悬架 系 统 ， 可 以有效 地实 现 隔 策略可以使某一控制 目标达到理想的效果 ，但很难达到多个控制 目标 振 和高 度调 整 。 同时满足要求 的要求。因为各种控制策略都有 自身无法弥补的缺陷 ， 考 １ ９ ８ ８年雪铁龙公 司正式将装备有液压悬架的 Ｘ Ｍ车型正式命名 虑到一方面则往往另一面就会有损失 。因此常将多种控制方法结合起 为第一代主动液压悬架系统，之后雪铁龙又在其生产的 Ｘ Ａ Ｎ Ｔ Ｉ Ａ系列 来对悬架系统进行混合控制 ，例如将模糊控制和神经网络控制混合设 车型装置了第二代主动液压悬架， 这一代新型主动悬架大大地提高 Ｅ — 计 应用于奔驰高级轿车和重型坦克，这种混合控制策略同样适用于汽 Ｃ Ｕ控制单元的计算速度 ， 同时有运动和舒适两种模式可供选择。到 目 车主动悬架这样复杂的非线性系统 ，仿真结果显示均能取得 良好的效 前为止，雪铁龙的主动液压悬架已发展到第三代 ，并装备于其 ｃ ５ 、 ｃ ６ 果 ， 从长远来看 ， 混合控制方法将是今后悬架控制策略研究的一个很重 系列车型上。 其第四代主动液压系统也在研发 当中 ［ ３ １ 。 ２ ０ 世纪 ９ ０ 年代 要 方 向。 日本 Ｎ Ｉ Ｓ Ｓ Ａ Ｎ汽车公司在 Ｉ ｎ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｑ ４ ５ 轿车上也装备了液压主动悬架。 参考文献 此外 ， 德国 Ｐ ｏ ｒ ｓ ｃ ｈ ｅ 、 美国Ｆ ｏ ｒ ｄ ， 德国 Ｂ ｅ ｎ ｚ 、 通用、 克莱斯勒 、 雪铁龙 ［ １ Ⅱ ．Ｅ ｓ ｋ ｉ ，Ｓ ． Ｙ ｉ ｄ ｉ ｒ ｉ ｍ ．Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ａ Ｎｅ ｗ Ｒｏ ｂ ｕ ｓ ｔ Ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ Ｎｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ Ｃ
悬架系统介绍
工作过程:
主动悬架系统的控制中枢是一个微电脑控制模块，在整车行驶过程中，悬架上 的多种传感器分别收集各种行车信息（车速、制动力、踏板速度、车身垂直方向 的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据 ），电脑不断接收这些数据并与预 先设定的临界值进行比较，选择相应的悬架状态。 同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过动力装置产生的作用 力控制执行单元相应的功能特性，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求 的悬架运动。 另外，主动悬架具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起 弹簧变形时，主动悬架会产生一个与惯性力相对抗的力，减少车身位置的变化。 例如当车辆拐弯时悬架传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度，电脑根据 传感器的信息，与预先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将多 大的负载加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。
４）多连杆式独立悬架 所谓多连杆悬挂，顾名思义就是通过各种连杆配置把车轮与车身相连的 一套悬挂机构。而连杆数量在3根以上才称为多连杆，目前主流的连杆数量 为5连杆。因此其结构要比双叉和麦弗逊复杂很多。
汽车主动悬架系统的控制方法综述
汽车主动悬架系统的控制方法综述
马硕;李永明;伊曙东
【期刊名称】《控制工程》
【年(卷),期】2024(31)4
【摘要】汽车主动悬架系统是车辆结构的重要组成部分之一,良好的汽车主动悬架系统可以大幅度提高汽车整体的稳定性和安全性。
因此,针对几类典型汽车主动悬架系统的控制方法进行综述。
首先,介绍汽车主动悬架系统模型和路面输入模型,包括四分之一主动悬架系统模型、二分之一主动悬架系统模型和随机路面模型。
然后,阐述现有的典型控制方法对提升几类汽车主动悬架系统性能的影响。
最后,总结并指出主动悬架系统的研究发展方向和趋势。
【总页数】8页(P695-702)
【作者】马硕;李永明;伊曙东
【作者单位】辽宁工业大学电气工程学院;辽宁航天凌河汽车有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP18
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LQG控制方法
1.主动悬架控制模型的建立车辆悬架系统是一个多输入多输出的系统。
它具有整车、1／2车辆和1／4车辆模型。
根据本文研究的性质和为了研究的方便，以车辆1／4模型作为研究对象(图1)，它是一个二自由度的线性系统。
根据图1所示，主动悬架系统的运动方程为式中：M b为1／4车身质量；M w为车轮质量；U为控制器产生的作用力；K t为轮胎刚度；x0为路面的扰动输入；x1为车轮垂直位移量；x。
2为车身垂直加速度。
其状态方程与输出方程可写成如下形式：取状态变量X=(x2-x1，x。
2，x0—x1，x。
1)T作为状态变量，把系统运动方程写为矩阵形式：选取Y=[x。
2，x2-x1，x0—x1，k t(x0—x1)]T为输出变量。
这样主要考虑研究车辆平顺性时比较方便，故选取车身垂直加速度x。
2、悬架的动扰度x2-x1、车轮的跳动量x0—x1和车轮动载荷k t(x0—x1)为输出变量。
故得输出矩阵根据现代控制理论，对系统方程寻求控制U使二次型目标函数取最小值的问题就是二次型最优控制问题。
在悬架的设计中，必须综合考虑轮胎的接地性、车身的加速度及悬架的动挠度。
线性二次型最优控制可以借助加权系数，对各种性能指标进行综合考虑，取，为LQG控制器的性能指标。
在此三项的平方和中，以车身加速度x。
2为基准，系数取1，q1，q2的值是相对x。
2来说的，分别是轮胎动位移和悬架动挠度的加权系数。
根据最优控制理论，式(5)写成标准二次型的形式式中：Q为状态变量的加权矩阵，R为控制变量的加权矩阵。
其中这里，q l和q2为加权系数。
矩阵Q的大小与轮胎动位移加权系数q1和悬架动挠度加权系数q2有关，q l和q2取不同的值就意味着对不同的分量加不同的加权系数。
当某个分量要特别约束时，我们就可以增大此分量的权系数，若此分量对所要研究的问题影响无足轻重时，则可以设它的加权系数为零。
因此，正确选取加权矩阵的值是十分重要的，不同的加权系数对系统的特性具有不同的影响。
汽车悬挂系统新技术——电控空气悬架及主动悬架课件
电控空气悬架系统的优点与不足
• 优点 • 高度可调：电控空气悬架系统可以根据车辆载重和行驶状态自动调节悬挂系统的高度，从而提高车辆的通
过性和舒适性。 • 刚度可调：系统可以根据路面情况和行驶状态自动调节空气弹簧的刚度，从而提供更好的操控性和舒适性
。 • 智能控制：电控空气悬架系统能够根据车辆行驶状态和路面信息进行实时调整，提高车辆的适应性和安全
未来汽车悬挂系统的发展方向和挑战
发展方向
未来汽车悬挂系统将朝着更加智能化、电动化和轻量化的方 向发展，以适应新能源汽车和智能驾驶的需求。
挑战
随着悬挂系统技术的不断发展，也面临着一些挑战，如如何 提高悬挂系统的性能和可靠性，如何降低成本和提高生产效 率等。
THANKS
电控空气悬架及主动悬架的技术特点和应用前景
电控空气悬架及主动悬架的技术特点
电控空气悬架能够根据车辆行驶状态和路面情况自动调节悬挂系统的刚度和高度，提高行驶平顺性和操控性； 主动悬架则能够根据车辆行驶状态和路面情况主动调节悬挂系统的刚度和阻尼，进一步提高车辆的操控性和稳 定性。
应用前景
随着消费者对车辆舒适性和操控性的要求不断提高，电控空气悬架及主动悬架的应用前景越来越广阔，未来将 在更多车型中得到应用。
适用范围
由于电控空气悬架系统的成本较高，因此其适用范围主要集中在高端市场和 豪华车型中。同时，该系统也适用于一些特殊用途的车辆，如运输车、救援 车等。
03
主动悬架系统
主动悬架系统的结构与原理
主动悬架系统的结构
主动悬架系统主要包括传感器、控制器和执行器。传感器负责监测车辆行驶状态 和路面信息，控制器根据传感器信号计算出最佳的悬挂系统状态，执行器则根据 控制器的指令调整悬挂系统的工作参数。
主动悬架技术的分析
主动悬架技术的分析主动悬架技术（Active Suspension System）是一种通过控制车辆悬挂系统来适应路面状况和车辆动态特性的先进技术。
这种技术通过感知路面情况，对悬挂系统进行实时调节，从而提高车辆的乘坐舒适性、稳定性和操控性能。
本文将对主动悬架技术的原理、优势、应用以及发展方向进行分析。
首先，主动悬架技术的原理是通过传感器感知车辆运动状态和路面情况，然后将这些信息发送给控制器。
控制器根据接收到的信息实时计算出最佳悬挂特性，并通过液压、电动或者电磁力等方式对悬挂系统进行调节。
这种实时调节能够使车辆的悬挂系统更好地适应路面情况，保持车身平衡，减少车身摇晃和侧倾，提高乘坐舒适性和操控性能。
相比于传统悬挂系统，主动悬架技术具有以下几个优势。
首先，它能够大幅度提升乘坐舒适性。
传统悬挂系统在通过减震器提供悬挂刚度时，需要在舒适性和操控性之间找到一个平衡点。
而主动悬架技术通过实时调节悬挂特性，可以根据路面状况和车速自动调整刚度，使乘坐更加平稳舒适。
其次，主动悬架技术能够提高车辆的稳定性和操控性能。
主动悬架系统可以根据车速、转向角度、加速度等参数来实时调节悬挂刚度和阻尼，从而减少车身的侧倾和悬挂系统的回弹，提高车辆的稳定性和操控性能。
尤其在高速行驶和急转弯等情况下，能够更好地保持车辆的平衡和稳定。
此外，主动悬架技术还具有适应性强和可调节性好的特点。
悬挂系统可以根据路面状况的变化实时调整刚度和阻尼，因此可以适应各种路况和行车状态。
而且，主动悬架系统通常可以提供多种不同的悬挂模式，驾驶员可以根据自己的需求选择不同的模式，如舒适模式、运动模式等，从而调节悬挂特性，以适应不同的行车场景。
主动悬架技术在汽车行业的应用前景广阔。
目前，该技术已经在一些高端汽车中得到应用，如宝马、奔驰等。
随着技术的发展和成本的降低，预计主动悬架技术将逐渐普及到中低端汽车中。
尤其在城市交通日益拥堵的情况下，乘坐舒适性和操控性能将成为消费者购车的重要考虑因素，从而推动了主动悬架技术的市场需求。
《2024年度基于智能控制的汽车主动悬架控制策略研究》范文
《基于智能控制的汽车主动悬架控制策略研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，人们对汽车行驶的平稳性、安全性和舒适性要求日益提高。
主动悬架系统作为汽车的重要组成部分，对提升车辆行驶性能和驾驶体验具有重要意义。
智能控制技术的发展为汽车主动悬架控制策略的优化提供了新的途径。
本文将重点研究基于智能控制的汽车主动悬架控制策略，以提高汽车的行驶性能和驾驶舒适性。
二、汽车主动悬架系统概述汽车主动悬架系统是一种具有自适应能力的悬架系统，能够根据道路状况和车辆行驶状态实时调整悬架参数，以改善车辆的行驶性能和驾驶舒适性。
主动悬架系统通常由传感器、控制器和执行器等部分组成，其中控制器是核心部分，对悬架系统的性能起着决定性作用。
三、智能控制在汽车主动悬架系统中的应用智能控制技术如模糊控制、神经网络控制、遗传算法等在汽车主动悬架系统中得到了广泛应用。
这些智能控制方法能够根据不同的道路状况和车辆行驶状态，实时调整悬架参数，以实现最优的悬架性能。
1. 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，能够处理不确定性和非线性问题。
在汽车主动悬架系统中，模糊控制能够根据传感器采集的信号，实时调整悬架的阻尼、刚度等参数，以改善车辆的行驶性能和驾驶舒适性。
2. 神经网络控制神经网络控制是一种模拟人脑神经网络结构的控制方法，具有自学习和自适应能力。
在汽车主动悬架系统中，神经网络控制能够根据大量的驾驶数据和道路信息，自主学习并优化悬架参数，以实现更好的行驶性能和驾驶舒适性。
3. 遗传算法遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，能够在复杂的非线性系统中寻找最优解。
在汽车主动悬架系统中，遗传算法能够根据车辆的行驶状态和道路状况，寻找最优的悬架参数组合，以实现最佳的行驶性能和驾驶舒适性。
四、基于智能控制的汽车主动悬架控制策略研究针对不同的道路状况和车辆行驶状态，本文提出了一种基于智能控制的汽车主动悬架控制策略。
该策略采用模糊控制、神经网络控制和遗传算法等多种智能控制方法，根据传感器采集的信号实时调整悬架参数。
具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制
具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制
汽车主动悬架系统由电液式悬架、电器控制单元和传感器组成。
系统的目标是通过悬架的主动控制，使车辆在行驶过程中能够保持良好的悬架工作状态，并提高车辆的舒适性和稳定性。
滑模控制是一种基于系统状态面的控制方法，通过设计一个滑模面来控制系统的输出，使其追踪给定的参考输出。
滑模控制具有很强的鲁棒性，能够在系统参数变化和外部扰动存在时保持较好的控制性能。
在汽车主动悬架系统中，由于模型参数难以精确得到并且存在外部环境扰动，滑模控制会受到很大影响，导致控制性能下降。
引入扰动观测器来估计和抵消模型误差和外部扰动是一种有效的策略。
扰动观测器是通过观测系统输出和参考输出之间的误差来估计模型误差和外部扰动的。
然后，将估计值与滑模控制器输出相加，得到最终的控制输入，使系统输出能够快速收敛到预期值。
为了验证具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制方法的性能，可以使用
Matlab/Simulink进行仿真实验。
通过构建汽车主动悬架系统的模型，设置合适的模型误差和外部扰动，可以得到系统的输出和参考输出，并计算出控制误差。
然后，分别比较具有扰动观测器的滑模控制和传统滑模控制的性能差异。
仿真实验结果表明，具有扰动观测器的滑模控制方法能够有效抵消模型误差和外部扰动的影响，提高系统的控制性能。
具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制方法是一种有效的控制策略，可以提高汽车悬架系统的控制性能。
通过设计合适的扰动观测器，能够准确估计和抵消系统的模型误差和外部扰动，使系统输出能够快速收敛到预期值。
该方法可以在实际汽车悬架系统中得到应用，并为提高汽车行驶舒适性和稳定性提供技术支持。
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近年来， 车辆的主动悬架系统在理论研究和开发应用方面都取得了很大的进展 & 这方面的研究开始 于铁道车辆的振动控制， 后来在一些赛车上取得了成功的应用 & 今天， 在日本等国已开始成批量地在部 分车型上装载主动悬架系统 & 主动悬架已成为国外汽车业的一个研究热点 & 另一方面， 主动悬架系统也是当代主动振动领域中发展最快、 应用最成熟的事例之一 & 它的发展与 当代控制理论 （软件） 、 液压伺服技术、 传感器技术和计算机技术 （硬件） 的发展有着密切的关系， 同时也 从一个角度反应和表示了主动振动控制的研究状况和应用前景 & 事实上， 日本三河纤维中心曾经将类似 系统成功地应用于纺织机的隔振， 既提高了产品质量又改善了工作环境 & 本文根据国外汽车主动悬架的 发展及作者的研究工作， 对汽车液压主动悬架及控制技术的研究现状做了一个评述 &
［+］ 研究， 并在实验室研究阶段证明了方案的可行性 ， 取得了一系列的研究成果 !
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被动悬架系统模型
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天棚阻尼控制系统
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主动悬架系统的控制方法及评述
目前已报道的有关主动悬架控制方法的研究几乎涉及到了现代控制理论的所有分支 ! 不同的控制
方法有不同的特点， 以下对几种典型的控制方法进行评述 ! #"!
（0）
" （1） "! & " " 不需要很多的传感器， 在天棚阻尼器控制方式中， 控制力的决定取决于车体的绝对速度 2! 的反馈， 也不需要复杂的数学模型， 易于实现且比较可靠 3 因此， 这种控制方法至今仍被实际车的主动悬架系统 问题的另一个方面是， 因为系统的反馈仅仅取决于车体的绝对速度， 且 （,） 式表明， 为了使 所采用 3 然而， 将要求较大的系数! 在能量消耗方面 共振点的振幅益， 是不利的因素 3 !"! 最优控制 有关主动悬架的最优控制问题的研究较多， 早期的方法是对系统中的某些性能指标处以惩罚， 比 如， 对一个 "*& 车体模型， 可提出一个评价函数为
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［摘要］ 主动悬架系统能使汽车乘坐舒适性和操作安全性同时得到改善， 是当前汽车业的一个热点研究课题， 也是主动 隔振研究中的一个典型对象 & 介绍和比较了当前国外两种不同类型的液压主动悬架系统， 介绍和评价了天棚阻尼器控 制、 最优控制、 预见控制、 模糊控制， 等主动悬架系统上常用和有发展前途的控制方法和特点 & ’( 控制、 关 键 词： 主动振动控制； 主动悬架； 控制方法； 汽车 文献标识码： + 文章编号： （.##%） "### ,-## #. ##*, #, 中图分类号： )!*%
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这里，! " 为车体加速度， 反应乘坐舒适性； 反应车轮着地性能 （从而 ! ! 为车轮轮胎相对于平衡点的变形， 该值的大小表示了所需要的悬 间接地反应车辆的操作稳定性） ； ! 4 为悬架行程相对于平衡状态的变化， 架行程空间 3 & " 和 & ! 为加权系数， 例如， 如果希望悬架变形小， 应该取大的 & ! 值 3 可见， 对上式进行最优 化设计而得到的悬架控制力， 将在保证操作稳定性和悬架行程限制的条件下获得最优的乘坐舒适性 3 有 关这类研究扩展到了半车模型和整车模型， 取得一些理论上的研究结果 3 近年来应用的较多的是基于线 性二次型问题的最优调节器控制， 该问题的描述： 寻找一个最优控制信号， 使得评价函数： ’ # ［ !（ ) ） （ ) ）$ + ,+ （ )） ］ *! 6) #
［/］ 和一个带气体弹簧的油汽缸构成 外扰 0 / -. 时由压力比例阀进行比例控 ! 其控制按三种方式进行： 制； 外扰在 / -. 到 1 -. 的中频范围， 由滑阀的机械反馈能进行伺服控制； 利用油 1 -. 以上的高频干扰，
缸中的气体弹簧吸收振动能源而减振 ! 与 ’$()* 型相比， 该系统成本相对较低， 能耗也小 ! 自 2, 年代末在 是实车上使用以来， 几经改造， 现在已较大规模地走向市场 ! 此外， 在这个系统的基础上为了进一步减低 成本和提高系统可靠性， 日本丰田公司和名古屋大学还就以普通高速开关阀取代压力比例阀开展共同
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（矩阵） 式 （""） 所示的 取极小值， 其中 ! ，+ 分别是状态量和控制量， *， , 为加权系数 3 从控制理论来看， 最优控制意味着， 当受到外界干扰时， 系统将力图在某种性能指标最优 （取决于 * ， 的前提下 , 的选择） 尽快地恢复到稳定状态 3 日本的松下、 永井等人应用这种方法为铁路车辆的气动主动悬架设计过一些最 优控制器， 取得了一些好的实验效果， 作者也应用上述方法为日本丰田的油气压主动悬架装置 （高速开
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如果在设计中让阻尼系数! ( 满足条件
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那么就能有
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对 （’） 式求偏导并令 - " 进一步，
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" . !! * !" . # / " "! 可求得， 为使共振点的振幅比最小， 阻尼系数间的关系应为
［%］ 关阀控制） 设计了一个带状态观测器的最优调节器， 实验说明其控制性能高于天棚阻尼器控制 3
采用最优调节器控制的主要问题在于要求系统有较准确和稳定的数学模型， 其系统的复杂性 （如传 感器数量） 等将随数学模型阶数的增加而增加 3 !"# 预见控制 在天棚阻尼器控制和最优控制设计中都未对路面的状态给与考虑， 事实上， 这些设计是基于路面干 也只是平均意义的最优， 对每个单个的样本函数并不一定最 扰为白噪声的这样一个假设 3 即使是最优， 优 3 此外， 由于实际车上主动悬架系统中的能源和元件响应速度的限制， 系统很难对应于反馈信号产生
［"］ 实际车上得到应用的还是液压主动悬架 ! 目前的液压主动悬架可分为两大类 ! 一个是瑞士 #$%&$ 公司 研制的 ’$()* 流量控制型， 其基本原理是用一个高响应的流量控制阀直接控制一个双作用油缸 （悬架执
行器） （根据报道可达 +, -.） ， 但由于对一切路面干扰全靠主动控制来吸 ! 该系统具有较高的响应性能 收， 系统能耗大， 而且为了保证高响应频率， 需要较多的高价传感器， 因此系统成本高， 难以大规模推广 ! 另一种类型是日本丰田、 日产公司开发的压力控制型 ! 该系统主要由一个带机械反馈滑阀的压力比例阀
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% / $ / 5 #（ 5 &（ 5 #" $ / 3 , / $/ 6 $" ） / $/ 6 $" ） 振动传递特性为
（4）
第!期
刘少军等
车辆主动悬架系统及其控制方法
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!! !!!"! " $ !! # ! !" " $ !!（ " $ !! ! " ! $" "） ! 共振点的振幅比为
.##. ". .* ! 收稿日期： 基金项目： 教育部重点研究项目资助 （.### J #""%"） 作者简介： 刘少军 （"-,, ） ， 男， 湖南 新化人， 博士导师， 教授 &
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! " # 主动悬架的类型和结构 就主动悬架的实际构造和类型而言， 虽然电动主动悬架和磁流变主动悬架一直在被研究之中， 但在