浅析汽车底盘主动悬架控制方法
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目前，汽车动悬梁已进入到微处理进行控制的时代。控制方法先进、减振效果好、能耗低，是主动悬架发展的主要方向。主动悬架振动控制系统大多由传感器拾取车身绝对速度、身对车轮的相对速度、车身的加速度等信号，经计算机处理后并发出控制指令进行控制。由电液控制阀或步进电机等执行机构来调节减震器阻尼系数或控制力。
1主动悬架的作用
1.1提高舒适性 传统悬架系统需要在性能和舒适性间折衷协调。为了使转向时侧倾较小，要求较硬的弹簧，因而乘坐舒适性较差。而主动悬架用计算机独立地控制每只车轮，能够在任何时候，在任何车轮上产生符合要求的悬架运动。它不像装软弹簧的汽车那样，遇到大凸起时可以感觉到回弹或颠簸。
1.2控制车身运动 主动悬架在汽车摇摆、制动以及转弯时，悬架能产生与惯性力相对抗的力，减小了车身位置的变化。
1.3调节车身高度 当汽车在高速公路上行驶时，车身可以调节得低一些，而在通过坏路面时车身可以调节得高些。当你指令汽车抬起坏的车轮时，就可以更换轮胎，所以从理论上讲，还可以指令汽车爬上楼梯。
2主动悬架的特点
2.1具有能产生作用力的独立的动力源。动力源能根据路面的情况和车辆的运动情况随时产生抽动，产生抽动是主动悬架的关键。
2.2执行元件能够传递这种力，并能进行连续控制。
2.3具有多种传感器，根据各传感器的输出信号进行运算，以决定控制内容。
3主动悬架的优点
能控制车身的运动，使汽车在行驶过程中保持车身平稳，高度一致，无倾斜，并能实现负侧倾转弯；另外，在主动悬架系统中，计算机可以编制程序，修改行驶中汽车的复杂动力学特性，例如急转弯时，来自水平转动及转向角传感器的输入信号，就能告诉计算机汽车在转弯时是否打滑，于是计算机调整每一个车轮的负载，迅速改变侧滑，使前轮胎进入不足转向状态。缺点是：能耗大、成本高；当汽车轮胎载荷突然增加时，活塞容易卡住，驾驶人员虽然感知了这个变化，却很难控制车轮。
4主动悬架控制方法和途径
4.1天棚阻尼器控制
天棚阻尼器控制理论由美国得 D.KARNOPP 教授提出，在主动控制悬架的控制中被广泛采用。天棚阻尼器控制即设想将悬架系统的阻尼器移到车体与某固定的天棚之间，并要求由传动器产生一个与车身随机振动的绝对速度成比例且反向的控制力来衰减车身的振动，此绝对速度可通过对测得的车身垂直加速度求积分得到。传统的被动悬架可以认为是带阻尼器的双质量振动系统，当考虑到带宽和系统的共振特性时，传统被动悬架性能不能令人满意。但带天棚阻尼器的汽车悬架，只要合理选择参数，可彻底消除系统共振现象。
4.2自适应控制
自适应一般发生在车辆行驶过程中，具有较慢统计特性变化的干扰，即路面输入干扰。自适应控制方法的基本思想是根据系统当前输入的相关信息，从预先计算并存储的参数中选取当前最合适的控制参数。其设计关键的选择能准确、可靠地反映输入变化的参考变量。自适应控制方法考虑了车辆系统参数的时变性，具有参数辨识功能，能适应悬架载荷和元件特性的变化，自动调整控制参数，保持性能指标最优。
应用于主动悬架的自适应控制方法主要有增益调度控制、模型参考自适应控制和自校正控制三类：增益调度控制是一种开环自适应控制，通过监测过程的运行条件来改变控制器参数；模型参考自适应控制（即简化自适应控制）通过跟踪一个预先定义的参考模型，按照前馈和辅助控制器参数的自适应控制规则，使非线性时变的悬架系统达到预期的最优性能；自校正控制是将受控对象参数在线估计与控制器参数整定相结合，形成一个能自动校正控制器参数的离散实时计算机控制系统（即数据采样系统），是目前应用最广的一类自适应控制方法。
4.3随机最优控制
随着现代控制理论的应用，提出了主动悬架随机最优控制方法。主动架最优控制的目标是提高汽车的平顺性和操纵稳定性，反映在物理量上就是要减小轮胎的变形，提高接地性，限制悬架的动挠度，同时应降低对控制能量的消耗。这种控制方法，通过建立系统的状态方程式提出控制目标及加权系数，然后应用控制理论求解出所设目标下的最优控制方案。与天棚阻尼器控制方式相比，由于考虑了系统中更多变量的影响，因而控制效果更好。而且.，现代控制方式的应用，主要是在系统的控制软件方面做一些改善，并不增加系統的复杂性。
4.4预见控制
预见控制是前后悬架的协调控制，它通过对前悬架簧上质量加速度和簧下质量相对位移的测量值来预测后悬架传动器的控制力。当系统遇到较大或突变的干扰时，由于能量供应峰值和元件响应速度的限制，系统很可能无法输出所需的控制力而达不到希望的控制效果。而预见控制，由于通过某种方法提前检测到前方道路的状态和变化，使系统有余地采取相应地措施，有可能降低系统的能量消耗且大幅度改善系统控制效能，取得较好的效果。它的基本方法有两类：一是将前轮悬架的状态信息作为后轮悬架前馈信息；二是对四轮全进行预见控制，由于超前预测了路面输入，因而系统的性能有较大幅度的提高。从理论上看，这种系统应能取得最为理想的控制效果，但需要设置特殊的传感器。目前未见有批量实用车上市。
4.5智能控制
90年代以来，智能控制（模糊控制和神经网络控制）等非线性控制方法应用到主动悬架的分析研究中。它们能在特定环境和采用定性描述方式的多种目标分析中提供有效的方案难解决各类问题，具有系统辨识（结构和参数辨识）功能。模糊控制方法具有自动调节输入变量的组合、隶属函数的参数和模糊规则数目等学习功能。
4.6最优控制
车辆的悬架系统是一个高阶的数学模型，对其采用最优控制的前提是获得大量的状态信息。在实际工程中，大部分的状态变量要利用 Kalman 滤波获得，通过求解 Riccati 方程，在使性能指标最小的基础上，综合控制规律，这就是通常所说的 LQG 控制。由于需要大量的状态信息，对硬件系统的要求很高，而且状态重构带来一系列的问题，因而 LQG 最优控制在实际中采用的很少。但由于它的结果是理论最优的，因而还是有众多学者对它进了各种改进，期望提高该控制策略。最优控制方面研究得比较多，但应用到实际中的还少见报道。国外在最优控制方而的研究，大多集中在上世纪 90 年代初以前。
4.7反馈控制
反馈控制实现了执行机构实时连续调节，对控制系统的稳定性、精确性和反应速度要求较高，需要测量的信息和计算量较大，通常采用最优控制算法和自适应控制算法，将悬架处理成跟踪问题或随机干扰滤波器问题。最优控制算法是应用状态空间方法，采用状态变量表达加权的二次性能指标，通过求解优化问题获得控制执行机构的最优控制规律。这种控制规律在某种意义上是使一定的性能指标。
5结语
建立了一种主动悬架的控制策略，能更好地权衡舒适性、操纵稳定性和安全性.首先建立集成了考虑悬架限位的阻尼连续变化（CVD）天棚控制算法的整车模型，并在不同路面和车速下进行仿真分析，建立由悬架动行程均方值估计路面不平度等级的方法；其次，提出一种考虑路面不平度等级的自适应型主动悬架控制策略；然后采用遗传算法对不同工况下的控制参数进行离线优化；最后将优化后的控制参数用于在线控制，并与传统的被动悬架以及天棚控制的主动悬架进行对比分析能有效提高汽车平顺性、稳定性和行驶安全性。
参考文献：
[1]马宝山.汽车悬架振动主动控制技术研究.《哈尔滨工程大学》2010
[2]王艳霞.汽车悬架振动主动控制技术.《现代商贸工业》2011
[3]贾启芬.汽车悬架振动系统的若干控制技术和发展.《机床与液压》2011
[4]孙维超.汽车悬架系统的主动振动控制.《哈尔滨工业大学》2010
（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）
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