汽车主动悬架系统及其控制方法

汽车主动悬架系统及其控制方法

汽车乘坐舒适性和操作安全性与汽车主动悬架关系紧密，主动悬架研究及其重要。本文介绍了主动悬架的工作原理以及主动悬架的控制方法：天棚阻尼控制、最优控制、自适应控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网络控制等。预测了主动悬架系统的发展和未来趋势。

标签：主动悬架；控制方法；汽车

被动悬架通常由具有确定参数的弹性元件和阻尼元件等构成，对于路面的适应性能较差，对汽车改善舒适性等方面不利。在被动悬架设计的过程中，往往不能使乘客的乘坐舒适性与车辆的操纵稳定性同时达到最优。

在很大程度上及一些因素的影响，我国的汽车很少采用主动悬架，因为在主动及半主动悬架研究方面，我国相对来说比较落后，就技术层面来讲，主动悬架相对于被动悬架在控制方面较为复杂，研究起来比较困难，对其进一步发展产生了阻碍。

1 汽车主动悬架的工作原理

汽车主动悬架可以根据路面的实时状况来进行调节，相比于被动悬架其可以调节该悬架的刚度及阻尼，使悬架找到一个最优的状态来满足舒适性及操纵稳定性。它是在被动悬架的基础上改进而来，增加用来控制调节力的装置，通过控制系统对传遞来的一系列信号进行反馈调节力的大小进而使悬架刚度及阻尼发生变化来使乘坐舒适性及操纵稳定性同时达到最优。

2 主动悬架系统的控制方法

主动悬架的控制方法有很多种，在不同的控制方法中所运用的学科知识也不相同，涉及到多种理论的分析研究。但是，各种控制方法均有自身的独特之处，对几种主动悬架的控制方法介绍如下。

2.1 天棚阻尼器控制

天棚阻尼器控制的主要方法是通过一种对力的控制来实现其功能。该力是由主动悬架发生并且需要与该车的车体的速度成正比例关系，由于在该系统中相比其他系统多了一个固定一端的阻尼器，来作为参考，这就是天棚阻尼控制系统的大致原理和名称由来。

在该控制方法中，控制力的大小是由车体的速度传递到到力传感器的大小决定的，传感器数量不多且结构也不算复杂，更不需要多学科的交叉研究，比较容易实现其功能且使用起来相对快速。所以，该控制方法经历了很长的时间仍然被很广泛地运用到车辆中。但是，其也有一定的缺陷，由于系统接收到的反馈力只

受到车体的速度的影响，过于依赖一个方面的因素，故在一些方面不能够准确反映实际情况，需要消耗更多的能量，这对能源的利用不太有利。另一方面，该系统仅仅对乘客的舒适性进行了一定程度的提升，并未对操作稳定性方面进行影响，所以，仍然需要进一步进行研究，以达到对两个方面均有作用。

2.2 最优控制

在主动悬架的控制方法中，运用的出错率最低、最大范围采用的控制方式是最优控制，该控制方式通常可分为线性最优控制、最优预测控制和最优控制，它是控制理论的核心。线性最优控制是将复杂的车辆系统来通过各种方法将其尽量近似为一个线性的系统。由于对于路面来说，在车辆行驶的过程中，其是随时变化的。因此，路面的激励输入是有一定的波动的，没有固定的规律。将一些控制理论运用到该悬架系统当中去，其采用受控对象的状态响应与控制输入的加权二次型作为性能参数指标，来对该系统进行评价分析。要保证该系统在变化的条件下将两个方面的控制达到最优[1]。

最优预测控制需要考虑更多方面的问题，不仅需要考虑车辆的实际情况及路面的实际状况，还要考虑路面对车辆的干扰及扰动作用。综合几个方面因素的影响，在一定的状况下得到最理想化的结果。该控制方法是在车辆的前部安装了瞄准传感器，用来感应地面的状况，从而判断地面的状况，并将得到的信息传递到控制系统，根据此信息得出判断，对悬架机构的状态进行调整。

最优控制则是在系统各个方面都相对稳定的的条件下，对于车身的摆动、轮胎的变形、车辆的车身构造等方面存在偏差及波动的时候，使车辆的悬架进行调节达到一种最优状态。

2.3 自适应控制

自适应控制与以上介绍的控制方法有一定的差异，它变得更加智能化，可以识别各个获取的参数，对悬架的性能及各个部件的特性进行调整，令其达到最优状态，满足使用者的要求。其运用的范围主要有两种模型：自适应控制和自校正控制。

2.4 滑模变结构控制

滑模变结构控制也是控制理论的重要的一部分，它的运用范围很广，可以在线性系统及非线性系统得到运用，便于控制，操作起来也比较简便，能够应对车辆在不确定的情况下的遇到的状态变化。

2.5 模糊控制

模糊控制系统相对来说大大地简化了，车辆的悬架系统本来是一个较为复杂且需要参数更多的一个系统，可是通过模糊控制的方法不需要去建立数学模型，因此，过程得到了大大的简化，减少了购买很多零部件的费用，节约了资金。但

是其也有一定的缺点，它的精度相对于其它控制来说较低。

2.6 神经网络控制

神经网络中有很多的节点作为处理控制系统的单元，其主要特性是有一定的对参数的自主学习能力，通过此过程来对系统进行调节，有很强的适应性。

3 结论

车辆的被动悬架不能够满足人们的乘坐舒适性以及操作稳定性的需求。因此，需要开发和研究主动悬架，主动悬架的控制也成为一个重点，种类很多，我们应该根据自身需求并且结合各种控制方法的特点来进行选择控制方法，来达到控制主动悬架实现目标的基础

参考文献：

[1]许昭.车辆主动悬架最优控制及悬架实验台研究[D].硕士论文.