汽车半主动悬架系统研究进展
汽车发动机半主动悬置技术研究现状与展望
汽车发动机半主动悬置技术研究现状与展望摘要：国内各大汽车厂和相关减振零部件配套厂在半主动悬置的开发上投入了大量研发力量，取得了一定的成果，推进了这一技术的国产化研发及实车应用。
磁流变悬置具有优异的动特性连续可调性能，为实现发动机的宽频有效隔振提供了手段，但由于成本的原因，目前还无法实现大批量生产，仅在豪华乘用车和一些特种车辆上有一定应用。
关键词：汽车发动机；半主动悬置技术；研究现状；展望前言结构参数控制式半主动悬置在国外已经非常成熟，各大悬置生产商都有相关产品。
而国内还处于研发和试生产阶段，要实现大批量生产和实车应用，还有很多的技术难关需要突破。
1半主动悬置工作原理图1为解耦膜刚度控制式半主动悬置结构示意图。
从图1可知，当悬置受到外界低频大振幅激励时，橡胶主簧发生变形挤压上液室液体，受挤压的液体经惯性通道流往下液室，由于惯性通道阻尼作用，液体的振动能量被衰减;当悬置受到外界高频小振幅激励时，由于液体的动态硬化效应，液体几乎不再经过惯性通道，此时主要由变形的橡胶主簧和解耦膜容纳被挤压的液体。
此外，半主动悬置通过侧置的电磁阀控制解耦膜下端空气腔的开闭。
若空气腔关闭，气腔内部空气的体积刚度增大，使解耦膜和上液室的体积刚度增大，导致悬置整体表现为大刚度大阻尼特性;若空气腔打开，气腔内部空气自由流动，解耦膜刚度变小，导致上液室体积刚度变小，悬置整体表现为小刚度小阻尼特性。
2结构参数控制式半主动悬置结构参数控制式半主动悬置依靠真空或电磁阀等来改变半主动悬置内部的节流通道流通面积、长度以及解耦膜下方空气室的开闭，来实现不同模式之间的切换，是目前普遍采用的半主动悬置结构形式。
根据控制力的来源不同，其分为真空可调式和电磁可调式两种。
2.1真空可调式半主动悬置真空式半主动悬置主要通过真空负压来改变悬置的内部结构，实现不同模式之间的切换，又分为控制节流通道式和控制气体弹簧压力式。
2.1.1控制节流通道式本田雅阁轿车和宝马725所使用的前悬置是控制节流通道式半主动悬置，这种半主动悬置通过真空阀控制悬置上下液室之间的旁通道，从而改变上下液室的贯通形式，实现怠速工况下的小刚度，以衰减怠速抖动。
车辆半主动悬架系统的分析设计及试验研究
收稿日期:199810143国家机械工业局课题(98Q K0033)和安徽省自然科学基金项目(97423001)陈无畏 合肥工业大学汽车学院 教授,230069 合肥市方锡邦 合肥工业大学汽车学院 副教授王启瑞 合肥工业大学汽车学院 副教授范迪彬 合肥工业大学汽车学院 副教授李智超 合肥工业大学汽车学院 讲师车辆半主动悬架系统的分析设计及试验研究3陈无畏 方锡邦 王启瑞 范迪彬 李智超 【摘要】 分析了车辆半主动悬架系统及可调阻尼减振器的性能,建立起数学模型,设计了可调阻尼减振器,并进行了不同道路条件下的实车行驶试验。
通过试验结果的分析比较,表明半主动悬架在提高车辆乘座舒适性方面要优于被动悬架。
叙词:悬架 道路试验 舒适性 前言车辆振动是影响行驶平顺性的主要因素。
合理地设计车辆悬架系统,可改善其行驶平顺性。
近年来,主动和半主动控制悬架系统的研究取得了较大进展。
主动悬架是通过各种反馈信息来实现悬架刚度和阻尼的调节,其执行机构选用高精度的液压伺服缸,用较多的外部动力来控制执行机构,故结构复杂,成本高。
半主动悬架系统包括一个普通弹簧和一个并联的阻尼可调减振器,通过控制阀来调节阻尼,以改善与悬架刚度的匹配。
由于它的结构较前者简单且成本较低,具有较大的实用价值。
1 数学模型111 4自由度车辆模型图1所示的带有阻尼可调的半主动悬架4自由度车辆模型,其运动微分方程为m c z βc +F ca +F ka +F cb +F kb =0I c Ηβ+l a (F ca +F ka )-l b (F cb +F kb )=0m 2az β2a -F ca -F ka +k 2a (z 2a -q a)=0m 2b z β2b -F cb -F kb +k 2b (z 2b -q b )=0(1)式中 F ca =c a (z α1a -z α2a )+u a F cb =c b (z α1b -z α2b )+u b F ka =k 1a (z 1a -z 2a ) F kb =k 1b (z 1b -z 2b )Η=z 1a -z 1b l a +l b z c =l a z 1b +l b z 1al a +l b根据可调阻尼减振器的特点,可将其看作由常规阻尼器(阻尼力为c a (z α1a -z α2a ))和变阻力阻尼器(阻尼力为可控力u a )两部分组成(或者是c b (z α1b -z α2b )+u b )。
汽车半主动悬架系统研究现状与发展
汽车半主动悬架系统的研究现状与发展[摘要] 文阐述了半主动悬架的产生及发展,着重论述半主动悬架的控制方法,探讨该技术存在的问题今后研究的方向。
[关键词]半主动悬架主动悬架控制发展前言现代汽车正朝者多目标综合控制和智能化控制的方向发展。
悬架系统智能化解决了传统被动悬架存在的舒适性和稳定性不能兼顾的问题,代表了悬架系统发展的方向。
国外在60年代提出了主动悬架,主动悬架采用有源可控元件组成闭环系统,能获得一个优质的隔振系统,使悬架始终处于最佳减振状态。
但要由外部提供较大的控制能量、结构复杂、造价昂贵使其广泛应用受到很大限制。
半主动悬架是1974年由美国加州大学戴维斯分校机械工程系d.e.karnopp教授等提出的一种半主动隔振方案在车辆上的实现。
采用无源但可控的阻尼器在工作中消耗能量小,控制易于实现,造价低,并且性能接近主动悬架,因而得到广泛重视。
1、半主动悬架的控制从控制形式上看,有连续变化阻尼(阻尼力无级可调)的半主动悬架系统和开关式(阻尼力有级可调)半主动悬架系统,前者又称为主动阻尼控制系统,后者又称为半主动阻尼控制系统。
连续变化阻尼的半主动悬架在控制作用下,其阻尼力可以在最小值与最大值之间连续调节。
研究表明:只要合适选择控制逻辑,半主动悬架就几乎可以达到像主动悬架一样的阻尼调节范围(如图1-1)。
但其控制方法和控制系统较为复杂。
开关式半主动悬架系统的减振器采用较为简单的方式,控制方法大为简化,同时也降低了控制系统的复杂性。
通常半主动阻尼控制是根据不同的路面条件和不同的行驶要求,实现阻尼的软、硬两种工况或软、中、硬三种工况有级转换。
开关式悬架系统的性能低于连续变化阻尼的方式。
(a) 被动悬架; (b) 有级半主动悬架; (c) 无级半主动悬架; (d) 主动悬架由于悬架系统是很复杂的非线性系统,因此,基于模型的线性反馈控制是不适用的。
目前,基于现代控制理论的发展,半主动悬架控制系统的研究主要有以下几个方面。
装甲车半主动悬架系统的研究进展
Ξ 收稿日期:2008-04-01作者简介:谭伯政(1980—),男,硕士研究生,工程师,主要从事车辆磁流变智能悬架系统控制研究;李以农(1961—),男,教授,博士生导师,主要从事汽车系统动力学控制、汽车主动安全性、振动控制等研究.【综述与评论】装甲车半主动悬架系统的研究进展Ξ谭伯政,李以农,郑 玲(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400030)摘要:总结了车辆半主动悬架系统的发展状况,论述了可调减振器的研发动态,详细阐述了当前主要的半主动控制策略,指出应当着重研究复合控制方法以解决非线性和时滞问题,并提出了装甲车辆半主动悬架系统今后的研究和发展方向.关建词:装甲车;半主动悬架;控制策略中图分类号:U463.33文献标识码:A 文章编号:1006-0707(2008)04-0066-03 悬架作为装甲车辆的重要部件,对装甲车的平顺性、操纵稳定性和通过性都有巨大的影响.传统被动悬架系统经过长时间的发展,结构上不断更新和完善,并且性能得到很大提高,数都固定不变,被动悬挂只能保证在设计条件下的减振效果,不能根据车辆的运行状态和路面状况进行实时调节,达到最优的减振效果,这就大大限制了车辆在各种复杂路况下的越野能力、战场机动性及火力精确性[1].主动悬架是一种具有做功能力的悬架,在提高系统性能上具有较大潜力[2].主动悬架系统耗能高,控制系统复杂,系统可靠性较差,这些因素均成为主动悬挂系统应用的技术瓶颈,因此,主动悬架技术在装甲车辆底盘上的应用时机尚不成熟.半主动悬架系统通过改变弹簧刚度或阻尼系数,来达到对悬架系统性能进行调整的目的,结构简单,系统可靠性高,能耗小,同时具有主动悬架、被动悬架的特征,在大多数情况下具有与主动悬架相近的特性[3-4],是装甲车理想的悬架系统.悬架系统分类见表1.1 半主动悬架系统的发展概况与现状1.1 发展概况半主动悬架的概念首先由Crosby 和K arnopp 于1973年提出[5],20世纪80年代初期才有试验性产品问世,它对车辆性能的改善十分有限.1975年,Marg olis 等人提出了“开关”控制的半主动悬架,它能产生较大的阻尼力.1983年日本丰田汽车公司开发了具有3种减振工况的“开关”式半主动悬架.1986年,K im Brough 引入了Lyapunov 控制方法,改进了控制方法的稳定性.1988年日本日产公司研制了“声纳”式半主动悬架,它通过声纳装置预测路面信息.悬架减振器有“柔和”、“适中”和“稳定”3种状态.1994年prinkos 等人使用了电流变和磁流变体作为工作介质,研究了新型半主动悬架系统.20世纪90年代,军用轮式车辆半主动悬架系统的研究也取得了突破.美国陆军坦克车辆装备司令部在1997年前后将液压可调减振器构成的半主动悬挂系统安装在布莱德利步兵战车上进行了场地试验,结果表明车辆的机动性能得到了大幅度的提高.2003年前后美军又在重型“悍马”吉普车上安装了基于磁流变减振器的半主动悬挂系统,取得了越野速度提高30%～40%的良好试验效果.1.2 刚度可调半主动悬架系统弹性元件刚度可调是在空气弹簧(油气弹簧)基础上实现的.通过改变弹簧刚度来减振的半主动悬挂由Hubbard 和Marg olia 于1976年提出[6].20世纪80年代油气悬架已广泛用于装甲车上,我国通过努力也在履带式装甲车上成功应用油气悬架,为实现装甲车悬架弹簧刚度控制奠定了基础.车辆弹性元件需承担车身的静载,因而实施刚度控制比阻尼控制困难得多,目前主要对半主动悬架阻尼控制比较多.但空气悬架(油气悬架)具有刚度低、质量轻、噪声低、寿命长等独特优势,因此,许多学者开展了基于空气弹簧(油气弹簧)的半主动悬架的研究,可以预见,空气悬架(油气悬架)在装甲车半主动悬架系统的发展过程中将起到举足轻重的作用.第29卷 第4期四川兵工学报2008年8月表1 悬架系统分类悬架系统系统模型操作频带所需最大能量和被动悬架相比性能的提高舒适性安全性被动————半主动f B -f w 50W 20%～25%10%～25%主动0～f w 1.5～1.7kW >30%25% 注:f B 为簧上质量的固有振动;f w 为簧下质量的固有振动频率1.3 阻尼实时可调半主动悬架系统1.3.1 节流孔可调悬架.节流孔可调悬架是早期半主动悬架研究的主要方向,通过步进电机或电磁阀来控制节流阀的流通面积连续调节阻尼[7].可调节流阀一般设置在减振器内部,也可以设置在外部的旁通道上,如梅赛德斯-奔驰公司曾研制出一种外置可调减振器.经过长时间的研究发现,节流孔可调减振器有先天的缺陷,如响应速度慢、块速调节节流孔容易引起流量的严重脉动,影响振动控制效果[8].1.3.2 电流变和磁流变减振器.20世纪90年代,电流变和磁流变等新型材料的相继出现.利用电流变和磁流变液研制的减振器可以实现无级可调,磁流变液(电流变液)在外加磁场(电场)作用下,其黏度、剪切强度等发生显著变化.电流变液对电场反应迅速,控制带宽广[9].磁流变液响应略慢,但在屈服应力、温度范围、塑形黏度、稳定性等方面强于电流变液[10],并且在同样的减振要求下,磁流变液减振器的耗电量明显低于电流变液减振器.因而,各国军用车辆也加大了在这方面的研究.美国内华达大学为“悍马”军用吉普车设计并制造了磁流变减振器,该磁流变减振器具有失效保护功能,试验表明,磁流变减振器输出阻尼力大,响应速度快,具有优良的动态特性.国内在磁流变减振器的研究上做了大量工作,取得了一些成绩.国家仪表功能材料工程研究中心研制的磁流变体,其剪切屈服应力基本达到美国Lord 公司的水平[11].2 半主动悬架系统的主要控制策略 目前,应用于悬架控制系统的控制理论比较多,主要有天棚控制、最优控制、预测控制、模糊控制、自适应控制、神经网络控制及复合控制等.1974年美国学者karnopp 等提出了天棚阻尼控制思想.原理是在车身上安装一个与车身振动速度成正比的阻尼器,可以完全防止车身与悬架系统产生共振,达到衰减振动的目的.在天棚控制方式中,控制力取决于车体的绝对速度的反馈,不需要很多传感器也不需要复杂的数学模型,可靠性较好.控制力可以表示为:f =-C sky x式中:C sky 为比例系数;x 为车体垂直振动速度.天棚阻尼是理论上的理想状态,为实现“天棚”控制思想提出了“on -off ”控制策略,根据控制信号调节阻尼器阻尼的“软”、“硬”设置,进而调整阻尼力的大小,“on -off ”阻尼控制思想的阻尼力算法可用如下公式表示:F d =c ( x -y ) x ( x -y )>00 ,x ( x - y )<0 由于天棚阻尼控制简单可靠,所以成为军用车辆重点研究对象.目前,研究的重点是改进型的天棚阻尼控制方法[12],综合天棚和地棚阻尼控制的优点而产生的混合控制算法[13].最优控制是比较成熟和完整的半主动悬架控制理论,在车辆上运用的最优控制方法常用的有线性最优控制、H ∞最优控制等.线性最优控制是将LQ (Linear Quadrat 2ic )应用于车辆悬架系统中,采用线性最优控制算法设计主动最优控制力为:u (t )=-GX (t ) 在最优控制领域装,装甲兵工程学院关于履带车辆悬挂系统半主动控制策略的研究比较深入.自适应控制通过自动检测悬架系统的参数变化来调整控制策略,保持其性能最优.应用于车辆悬架系统自适应控制方法主要有模型参考自适应控制和自校正控制两类[14],自适应控制能显著改善汽车的行驶特性[15],但是,自校正控制过程需要在线辨识大量的结构参数,实时性不好;而模型参考自适应控制方法涉及路面信息获得的精度问题.模糊控制及神经网络控制是解决具有非线性、时变和不确定因素系统的有效方法.模糊控制技术可以使系统的鲁棒性更好,减少控制器的存储空间;神经网络控制具有自学能力和大规模并行处理的能力,在车辆悬架系统减振76谭伯政,等:装甲车半主动悬架系统的研究进展控制中有着广泛的前景[16].但是,模糊控制和神经网络控制是建立在专家知识和经验的基础上的,因此人为因素在其中占据着很重要的角色,如果专家知识的集合不能真实或准确地反应车辆的状态,那么控制就失去了准确性.目前,应用于车辆悬架振动控制的各种控制策略都有自身无法弥补的缺陷,难以达到人们期望的效果.而将两种或多种控制策略相结合,对悬架进行复合控制往往能得到意想不到的结果.近期文献记载的控制策略设计有应用于装甲车辆的自适应控制与LQG控制的联合控制,最优预见控制与神经网络控制的复合,以及模糊控制与神经网络控制的复合等等.研究表明,复合控制方法更适用于车辆悬架这样复杂非线性系统的建模与控制,可以预见复合控制方法是今后控制策略研究的一个重要方向.3 今后研究和开发工作的方向3.1 研究开发可靠、高效的减振器变刚度油气弹簧仍然有较高的研究价值,特别是在现有装甲车辆的改进上.磁流变减振器的发展已成为车辆行业发展的焦点,虽然国外的研究成果及应用已经比较多,但国内还处于理论研究和试验阶段,主要是磁流变液减振器的工作不稳定,成本偏高.因此,当前的工作重点应该包括2方面:①研制高性能磁流变材料;②优化磁路及减振器结构.3.2 研究开发稳定、智能的控制方法为了满足要求,要充分运用智能控制技术、非线性控制理论及动力学系统理论[20],综合应用各种理论技术开发稳定、智能的复合控制方法.由于车辆悬架系统属于强非线性和强耦合系统,用线性系统模型对悬架系统求解会带来误差,另外,任何系统总存在不可避免的时滞[21].这方面的研究者提出了多种解决办法,其中一种是采用模糊控制、神经网络控制、鲁棒控制和智能学习系统等智能控制,它们将是今后应用控制领域的一个主要研究方向.3.3 轻型轮式装甲车将是半主动悬架的重要应用领域目前,半主动悬架技术主要应用于高级轿车,而对该技术需求更为迫切的是轻型轮式装甲车领域.随着装甲车辆装备信息化建设的逐渐深入,轻型轮式装甲车也逐渐形成了自身鲜明的发展方向,高机动性就是其发展特色之一,主要表现在车辆的快速反应能力、行驶的地域更加广泛,通过崎岖、苛刻路面的能力增强,这就要求车辆的行驶平顺性与之相适应.任何技术从出现到实际应用都有一个漫长的过程,半主动悬架技术在国内已经有着广泛的研究基础,今后的研究工作应以轻型轮式装甲车的悬架系统为切人点,将该领域的技术逐渐推广.参考文献:[1] 王德胜,杨建华.装甲车辆行驶原理[M].北京:装甲兵工程学院出版社,1992.[2] Lauwerys C,S wevers J,Sas P.M odel Free C ontrol Design fora Semi-active Suspension of a Passenger Car[C].Pro2ceedings of IS M A,2004:75-86.[3] Marg olis D L.The Response of Active and Semi—activeSuspension to Realistic Feedback S ignals[J].Vehicle Sys2 tem Dynamics,1982(11):267-282.[4] 王世明,王孙安.半主动悬架及其控制[J].汽车技术,1999(12):1-3.[5] G rosby M J,K arnopp D C.The Active Dam per-A NewC oncept for Shock and Vibration C ontrol[J].The Shock andVibration Bull,1973,43(4):119-133.[6] Hroval D.Survey of Advanced Suspension Developmentsand Related Optimal C ontrol Applications[J].Automatica,1997,33(10):56-58.[7] Reim pell J,S toll H.The Autom otive Chassis[M].Arnold:[s.n],1996.[8] 胡海岩,郭大蕾,温建生.振动半主动控制技术的进展[J].振动、测试与诊断,2001,21(4):235-244.[9] Choi S B,Lee H K,Chang E G.Field T est Results of a Semi-active ER Supension System Ass ociated with SkyhookC ontroller[J].Mechatronics,2001(11):345-353.[10]Y okoyama M,Hedrick J K,T oyama S.A M odel F ollowingS liding M ode C ontroller for Semi-active Suspension Sys2 tems with MR Dam pers[C]//Proceedings of the AmericanC ontrol C on ference Arlington.VA:[s.n],2001.[11]刘奇,张平,王东亚,等,磁流变体(MRF)材料的制备与性能研究[J].功能材料,2001,32(3):257-259. 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半主动悬架的研究现状与发展趋势
半主动悬架的研究现状与发展趋势
朱华
悬架系统是汽车的重要组成部 分之一。汽车悬架系统是指连接车 身和车轮之间全部零部件的总称， 主要由弹簧、减震器和转向机构三 大部分组成，其作用是传递作用车 轮和车架之问的一切力和力矩，并 且缓和由不平路面传给车架（或车 身）的冲击载荷，衰减由此引起的 目前，在半主动悬架的控制研究中， 以对阻尼控制的研究居多。阻尼可 调半主动悬架又可分为有级可调半 主动悬架和连续可调半主动悬架， 有级可调半主动悬架的阻尼系数只 能取几个离散的阻尼值，而连续可 调半主动悬架的阻尼系数在一定的 范围内可连续变化。 会发生显著的变化，将其作为减震 液，只需通过改变电场强度，使电流 变液体的粘度改变，就可改变减振 器的阻尼力。 电流变减振器的阻尼可随电场 强度的改变而连续变化，无须高精 度的节流阀，结构简单，制造成本较 低，且无液压阀的振动、冲击与噪 声，不需要复杂的驱动机构，作为半 主动悬架的执行器是一个非常好的 选择。但电流变液体存在如，电致屈 服强度小，温度工作范围不宽，零电 场粘度偏高，悬浮液中固体颗粒与 基础液体之间比重相差较大，易分 离、沉降，稳定性差，对杂质敏感等
磁流变液
５０～１ ００ ３～４ １ ５０～２５０
架研究具有一定困难。
２．５神经网络 神经网络是近２０年 来迅速发展起来的一门 新兴交叉学科，它是以
不能有杂质
一２５～１２５ຫໍສະໝຸດ 多数杂质无影响—４０～１５０
结构破坏
材料饱和性
万方数据
２００９－４破｛Ｉ妊３９
汽车半主动悬架关键技术的发展现状和展望
开发技术 、 评价技术研究为重 点 ， 突破执行器设计与工 艺 关键问题 ， 形成产业化能力基础 ， 全 面提升我 国半主动悬 架开发 的技术水平 。
３ 结
语
对于不同厂 家 、 不 同型号 的频谱分析仪 ， 电路各有差 异， 但主体框架和常见故障的一般分析方法大致如本文所 述， 在实际运用 中效果较好 ， 可为相关工作者提供参考。
参 考文献 ： ［ １ 】 冯桂山． 频谱分析 仪使用简介［ ． 宇航计测技术， １ ９ ８ ３ ， ０ ）
障是变频器件损坏或者是信号传输故障 ， 用清理虚焊点和 调谐耦合 电容方法可排除信号传输故障。 故障五 ： Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 不工作 。 首先检查Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 电缆的连接是否 正确以及 电缆 的好坏 ， 再查看Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 地址的设置有无问题。 在 出厂时， 频谱仪地址均有设置 ， 一般在“ 配置 ” 菜单的“ 频谱 仪地址 ” 中查看Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 地址 。 故障六 ： ２ ． ９ ５ Ｇ Ｈ ｚ 以上信号不能测试 。 ２ ． ９ ５ Ｇ Ｈ ｚ 以上频 率属于高频段信号 ， 由于低频段测试正常 ， 说 明步进衰减 器、 第二 、 三变频器和后续 电信号处理各个 电路均正常 ， 那 么通过原理框图可得 出判断 ， 此故 障产生的原因可能有二 个： 射频开关故障、 第一变频器的谐波混频器故障。 若射频 开关 自身损坏更换射频开关 即可 ， 若是射频开关驱动电路 故障造成不能转换， 则检修方法同一般 电路 的是 同样 的。 用 此析方法 同样可检修低频段故障。
车企业为引导， 努力培养像德尔福 、 博世 、 Ｔ Ｒ Ｗ、 Ｚ Ｆ 、 威伯科 等一些专业的零部件企业 ， 由整车企业 明确划分悬架系统 设计开发的权 限与分工 ， 由零部件企业的研发部门负责研 发方 向、 确定 系统特性参数 ， 实现悬架产品的技术积累和 升级换代。 悬架 系统是个复杂 的系统工程 ， 应以具备生产 悬架能力的企业为主导 ， 以电控系统开发商为配合 ， 辅助 高校和科研院所的科研力量 ， 协同设计与开发。 目前在汽车悬架系统方面 ， 我 国除了钢板弹簧悬架的 设计及应用比较成熟 以外 ， 其他的悬架技术的应用绝大部 分还处于车型引进 、 仿制或直接购买产品阶段 。 悬架产 品 的设计开发滞后 ， 一方面表现在设计手段落后 ， 计算机应 力分析 、 动态仿真在企业 中应用还较少 ； 另一方 面没有建 立起一套完善 的设计评价体系 ， 使我国汽车悬架技术的研 究和应用与欧美等发达国家相比明显落后 。 在半主动悬架系统的研究开发方面 ， 高校 的相关专家 及研究机构多年来做 了大量 的工作 ， 目前已取得 了一定 的
汽车半主动悬架系统发展状况
汽车半主动悬架系统发展状况汽车半主动悬架系统发展状况1 前言基于经典隔振理论的传统被动悬架系统无须外部能量输入，结构简单，因而获得广泛应用，但其只是一种优化折衷方案，不能适应变化的行驶工况和任意道路激励。
主动悬架是一种具有作功能力的悬架，在提高系统性能上具有较大的潜力[1]，但能量消耗大、液压装置噪声大、成本高、结构复杂，到目前为止，仅有少数几种主动悬架系统成为商业化产品[2]，限于装载在一些排量较大的高档车型上。
半主动悬架系统输入少量的调节能量来局部改变悬架系统的动特性(刚度或阻尼系数)，结构简单、可靠性高，因系统动特性变化很小，仅消耗振动能量，故稳定性好，而减小振动的能力几乎和主动悬架一样[3](见表1)。
半主动悬架系统所涉及的关键技术是设计并实现可控制减振环节和控制策略，这并不比主动控制简单，有时甚至更加复杂[4]，故而汽车半主动控制悬架系统已成为当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。
表1 悬架系统分类注：fB 为簧上质量的固有振动频率；fW为簧下质量的固有振动频率；△z为相对位移2 半主动悬架系统的产生和发展2．1 发展简况半主动悬架的概念首先由Crosby和Karnopp于1973年提出，Karnopp还提出天棚阻尼控制模型和实现方法[5]。
直到20世纪80年代初期才有试验性的产品问世，但它投入应用的速度比主动悬架快得多。
随着电子技术和计算机技术的发展，半主动悬架逐步从实验室走向工厂。
1975年，Margolis等人提出了“开关”控制的半主动悬架，1983年日本丰田汽车公司开发了具有3种减振工况的“开关”式半主动悬架，并应用于T oyota Soarer 280GT型轿车上。
1986年，Kim Brough在半主动悬架控制方法中引入了Lyapunov方法，改进了控制算法的稳定性。
1988年日本日产公司首次将“声纳”式半主动悬架系统应用于Maximas轿车上，它可预测路面信息，悬架减振器有“柔和”、“适中”和“稳定”3种选择状态。
基于电磁阀式阻尼连续可调减振器的半主动悬架试验研究
基于电磁阀式阻尼连续可调减振器的半主动悬架试验研究电磁阀式阻尼连续可调减振器是一种新型的半主动悬架系统。
为了探究该系统的具体性能和优点，本文进行了一系列的试验研究。
首先，我们针对电磁阀式阻尼连续可调减振器的基本结构进行试验。
通过实验发现，该系统具有非常高的刚度和阻尼能力，可以有效地减少汽车在行驶过程中的震动和颠簸。
其次，我们对不同速度下的阻尼值进行了测试。
实验结果表明，随着速度的增加，阻尼值也会逐渐增加，这表明了该系统具有非常好的调节范围和灵活性。
然后，我们进行了长时间的持续行驶试验。
通过实验发现，在长时间的高速行驶中，该系统仍能够保持较好的减振效果，且整个系统的温度和能耗都非常稳定。
最后，我们针对该系统的路面适应性进行了试验。
通过实验发现，该系统可以非常快速地适应路面的不同状况，使得汽车在行驶过程中更加稳定和舒适。
综上所述，电磁阀式阻尼连续可调减振器是一种非常优秀的半主动悬架系统，具有非常高的刚度和阻尼能力，调节范围和灵活性高，能够在长时间高速行驶和路面不同状况下仍能保持较好的减振效果。
未来我们还将继续深入研究，以进一步发掘其潜力和应用。
电磁阀式阻尼连续可调减振器虽然已经具有非常良好的性能，但是在实际使用中还存在一些问题需要解决。
例如，如何确保系统的稳定性和可靠性，如何降低系统的能耗和成本等。
为了提高系统的稳定性和可靠性，我们需要对系统的各个部分进行精心设计和优化。
例如，我们可以采用高品质的电磁阀和材料，以确保系统的长时间稳定性和可靠性。
同时，我们还可以采用一些先进的控制算法和技术，以实现对整个系统的高效控制和管理，以保证其正确和有效的运行。
此外，为了降低系统的能耗和成本，我们可以考虑采用一些新型的材料和技术，以实现更高效的能量转换和利用。
例如，我们可以采用一些先进的传感器和控制设备，以对汽车的行驶状态进行精确的监测和控制，从而实现更精准的能量转换和利用。
同时，我们还可以在制造过程中采用一些新型的生产工艺和材料，以降低成本并提高生产效率。
文献综述-汽车半主动悬架系统的研究资料
汽车半主动悬架系统减震性能研究的文献综述【摘要】：本文对汽车半主动悬架的作用和分类进行了简要介绍，结合国内外最新研究成果，重点对半主动悬架的控制方法和控制策略进行了综述，并对其研究与发展趋势进行了探讨。
【关键词】：半主动悬架，控制方法，控制策略Review on Vibration Reduction Performance of Semi-active SuspensionPan Kexian 1100103005【ABSTRACT】：the functions and kings of semi-active suspension were simply introduced. On the basis of the latest research achievements, review of control method and control strategies of semi-active suspension were emphasized，and the current development of semi-active suspension was discussed. 【KEYWORDS】：Semi-active suspension；Control method，Control strategy一、前言[1][2]车辆的悬架装置是弹性连接车身和车轮之间全部零件和部件的总称。
悬架装置主要由弹性元件、减振器和导向机构组成。
它是车辆的重要装置之一，其主要功用有三个：1、抑制、缓和由不平路面引起的振动和冲击，以保证车辆的正常行驶；2、传递作用在车轮和车架(或车身) 之间的一切力和力矩；3、保证车轮和车身之间有确定的运动关系，使汽车有良好的驾驶性能。
悬架系统减振效果对车辆行驶的平顺性、操纵的稳定性和通过性等多种使用性能有着很大的影响。
理想的悬架要求在不同的形式条件下，对乘坐舒适性和形式安全性能提供最佳匹配。
车辆半主动悬架最优控制方法研究
车辆半主动悬架最优控制方法研究一、引言车辆悬架系统对车辆行驶性能和乘坐舒适性有着重要影响，悬架系统的控制方法研究是提高车辆安全性能和行驶舒适性的关键之一。
车辆悬架系统的控制方式可分为主动、半主动和被动三种，其中半主动悬架系统因为具有较好的安全性能和经济性，近年来受到了研究者的广泛关注。
本文旨在研究车辆半主动悬架最优控制方法，提高车辆行驶性能和乘坐舒适性。
二、车辆半主动悬架系统车辆悬架系统主要由减震器、弹簧和悬架支撑等组成。
在半主动悬架系统中，增加了一些控制器和执行器，通过调整减震器和弹簧的刚度和阻尼来控制车辆悬架系统的状态。
半主动悬架系统根据控制方式可分为阻尼可调和弹簧可调两种。
阻尼可调悬架最早应用于赛车领域，通过控制阻尼来减小车身振动，提高行驶稳定性。
弹簧可调悬架则利用可变刚度弹簧来调整悬架系统阻尼和刚度，实现悬架系统的控制。
半主动悬架系统的控制方式有当前反馈、预测控制和模型参考控制等，其中预测控制是一种现在较为流行的控制方法。
三、车辆半主动悬架最优控制方法半主动悬架系统最优控制方法的目标是最大限度地提高车辆行驶性能和乘坐舒适性。
提高行驶性能需要控制车辆的悬架系统调整，提高车辆的悬架系统的阻尼和刚度，减小车身的姿态变化，提高悬架系统对路面的适应能力。
提高乘坐舒适性需要减小车辆悬架系统的振动，提高乘坐的平稳性和舒适性。
最优控制方法包括控制器设计和优化问题两个方面。
控制器的设计可以采用反馈线性二次型控制器，并采用Kalman滤波器估计状态变量。
为了确保悬架系统的最优性能，需要根据不同车辆和不同路面情况进行优化设计。
优化问题中，应该考虑到车辆行驶的安全性能和乘坐舒适性。
可以采用多目标优化方法，将行驶安全性能和乘坐舒适性综合考虑，在保证安全性能的前提下，最大程度地提高乘坐舒适性。
四、实验结果与分析将半主动悬架最优控制方法应用于某种车辆上，通过实验验证了该方法的有效性。
在不同路面条件下，实验结果表明，半主动悬架系统最优控制方法能够显著提高车辆行驶性能和乘坐舒适性。
汽车发动机半主动悬置技术研究现状与展望
汽车发动机半主动悬置技术研究现状与展望汽车发动机半主动悬置技术是近年来新兴技术之一，它主要是通过加强发动机支撑和隔离降低车辆的振动和噪音，提高了汽车的舒适性和稳定性。
半主动悬置技术被广泛应用于高端汽车，但仍有着一些待解决的技术难题。
当前汽车发动机半主动悬置技术的研究主要集中在以下两个方面：一是如何实现发动机的自适应控制，二是如何优化半主动悬置的结构形式。
自适应控制技术是半主动悬置技术的核心。
自适应控制技术可以识别车辆振动和噪音的特征，然后对发动机的支撑力进行调整，从而实现车辆的平稳、静音、低振动运行。
目前，自适应控制技术已经实现了单指标和双指标控制模式，但是针对不同驾驶情况的自适应控制模式仍然需要进一步研究。
半主动悬置的结构形式也是科学家们研究的重点。
传统的半主动悬置技术主要采用液压支撑结构，但是液压支撑结构有着结构复杂、安装维护成本高等缺点。
近些年来，新型半主动悬置技术研究者们开始探索其他悬置形式，如基于电磁原理的传导式结构、基于传感器的电机支撑结构等。
这些新型的半主动悬置技术有着结构简单、安装成本低等优点，但是发挥的作用还需要进一步研究。
未来汽车发动机半主动悬置技术的发展将更加注重应用价值。
研究者将更多地关注如何优化半主动悬置技术，促进技术在工业界的普及应用。
除此之外，随着科技的不断发展，汽车发动机半主动悬置技术的控制模式、悬置结构等方面也将不断更新升级。
总之，随着汽车行业不断发展，半主动悬置技术已成为汽车设计工程领域中重要的发展方向之一。
未来研究者将在自适应控制技术和半主动悬置技术的结构形式上继续努力，为提升驾驶者的舒适性和汽车的性能贡献更多的力量。
随着半主动悬置技术的发展，其在汽车行业中的应用场景正在逐渐扩大。
除了高端豪华车型之外，半主动悬置技术越来越多地应用于家用汽车和商用汽车中，以提升乘客的舒适感和驾驶的稳定性。
这种技术的应用也有望在一定程度上降低汽车事故发生的风险，保障人们生命财产的安全。
基于路面识别的车辆半主动悬架控制研究共3篇
基于路面识别的车辆半主动悬架控制研究共3篇基于路面识别的车辆半主动悬架控制研究1基于路面识别的车辆半主动悬架控制研究随着人们对车辆行驶的安全性、舒适性以及环保性要求的提高，对车辆悬架系统的研究取得了很大的进展。
悬架系统是汽车的重要部分之一，它直接影响到车辆的行驶稳定性和舒适性。
车辆悬架控制系统采用静态和动态的控制手段，使车辆在不同路面下具有更好的适应性。
本文将围绕基于路面识别的车辆半主动悬架控制进行深入的研究。
目前，半主动车辆悬架系统已经成为一种热门的研究领域。
该系统可以根据路面状况的变化，主动地改变悬架的刚度和阻尼，以达到提高车辆运行性能和舒适性的目的。
在这个系统中，路面识别技术就显得尤为重要。
路面识别可以实时监测路面状况，如凹凸不平、湿滑等，对此进行识别和分析，进而控制悬架系统的工作状态和参数，使车辆在恰当的时间、恰当的位置变得更加稳定和舒适。
市场上已有不少基于路面识别的车辆悬架系统，但它们具有较大的局限性。
这些系统中的路面识别算法往往是基于车辆反弹运动的频率、振幅、位移等传统单一参数测量的。
由于车辆行驶中路面状况不稳定、复杂，因此这些单参数算法很难精确地识别出路面状况，控制效果有限。
针对这一问题，提出了基于多参数综合的路面识别算法。
该算法使用多个传感器来测量车辆状态和路面响应参数，包括悬架行程、悬架位移、油缸压力和车轮加速度等，实现了对路面状态的多角度观测和分析，并能够快速准确地识别路面状况。
在半主动悬架控制系统中，路面识别算法是一个关键环节，另一个重要环节是控制模型。
车辆运动模型是将车辆的运动状态转化为数学模型，以便于控制算法的设计和实现。
通过对车辆运动模型进行建立与优化，可以提高路面状况的识别能力和控制准确度。
目前，两梁半活动悬架、多连杆半主动悬架等控制模型均已得到应用，但基于多参数综合的路面识别算法对这些模型的优化仍需深入研究。
除此之外，还可以从控制方法上入手，开发相应的控制策略，提高半主动车辆悬架控制效果。
汽车半主动悬架系统的研究现状及趋势
自校正控制 ２ 种类型。模型参考自适应控制是在 外界激励条件和车辆自身参数状态发生变化时， 被控车辆的振动输出仍能跟踪所选定的理想参考 模型， 这种方法在实际中很难实现。自校正控制是 一种将受控对象参数在线识别与控制器参数整定 相结合的控制方法， 汽车的振动输出仍能跟踪所 选定的理想参考模型。采用自适应控制的汽车悬 架减振器在德国大众汽车公司的汽车底盘上得到 了应用。合肥工业大学陈无畏教授等人将自适应 控制技术应用于汽车半主动控制悬架， 在实车应 用过程中， 减振性能明显优于被动悬架。
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《 北 京 汽 车 》２００７．Ｎｏ．３
·汽 车 半 主 动 悬 架 系 统 的 研 究 现 状 及 趋 势·
在 半 主 动 悬 架 系 统 ３０ 年 的 研 究 过 程 中 ， 已
价的变流体和可以用于实时控制的高性能的微
经发表的控制研究方法几乎涉及现代控制理论
处理器等等， 都是今后努力发展的重点。
京
半主动悬架是 １９７４ 年由美国加州大学戴维
斯 分 校 机 械 工 程 系 （ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，
汽
Ｄａｖｉｓ，Ｃａｌｉｆ） Ｄ．Ｅ．Ｋａｒｎｏｐｐ 教授等提出的。尤其是
阻尼可调的半主动悬架， 由于结构简单， 耗能很
车
小， 可根据汽车行驶状态和道路激励大小主动作
车身状态传感 器（ 车 高 、车 速 、 加 速 度 、转 向 盘 转 角 、节 气 门 位 置等传感器）
系统理想模型为基础， 忽略了高阶动态环节， 如
而连续变化， 其结构简单， 制造成本低， 且无液压
车 架 、轮 胎 的 高 阶 模 态 等 ， 只 能 在 特 定 的 状 态 下
阀的振动、冲击与噪声， 无须复杂的驱动机构， 作
商用车半主动悬架系统开发方法及应用研究
随着用户对驾乘舒适性、操稳性需求， 车辆运载货物对车辆平顺性要求日益增加； 物联网的发展对于车辆底盘智能化及底盘零 部件耐久性需求迫切。从产品前瞻性和技术 领先性方面考虑，被动悬架的潜力几乎接近 极限了，逐渐无法满足发展需求。根据行业 调研，结合悬架系统历史发展及借鉴乘用车 发展趋势，商用车领域中，半主动悬架既能 满足产品性能要求且附加值高，市场应用前 景良好，可应用至轻量化牵引车、载货车等 车型。半主动悬架技术路线目前都选用阻尼 可变减振器实现。阻尼可调减振器在乘用车 领域已批量应用，国际某知名品牌商用车、 国际农业机械已应用半主动悬架技术。半主
关键词：商用车 半主动悬架 技术路线 平顺性
The Investigation into the Development and Application of Commercial Vehicle Semi-active Suspension System
Fan xue qiong，Wang wei，Li ji，Wu chuang，Jin xin
A b s t r a c t ：According to the status quo that semi-active suspension system isn’t applied and developed well to the commercial vehicle, and the new method including technical and materialization details and careful contrast enable it easier to effectuate. Standards in vehicles’ ride comfort have improved 10% compared to traditional system, which were manifested in the experimentations under different conditions. The main findings of the research would be useful to investigation of commercial vehicles’ intelligent suspension system.
针对车身加速度的半主动悬架模糊PID仿真研究
针对车身加速度的半主动悬架模糊PID仿真研究第一篇范文：针对车身加速度的半主动悬架模糊PID仿真研究随着科技的进步和社会的发展，汽车行业得到了迅猛的发展。
人们生活水平的提高使得对汽车舒适性和安全性的要求也越来越高。
汽车悬挂系统是影响汽车舒适性和行驶稳定性的关键部件，因此，对汽车悬挂系统的研究具有重要的意义。
本文主要针对半主动悬架的模糊PID控制策略进行研究，以提高汽车的行驶质量和乘坐舒适性。
首先，对半主动悬架的原理和结构进行了介绍，分析了半主动悬架在实际工作中的优势和不足。
然后，建立了车身加速度的数学模型，并利用MATLAB软件对半主动悬架系统进行了仿真分析。
最后，通过对仿真结果的分析和讨论，验证了模糊PID控制策略在半主动悬架中的应用效果。
1. 半主动悬架原理及结构半主动悬架是一种介于被动悬架和主动悬架之间的悬挂系统。
它通过控制装置根据车身加速度、车轮荷载等参数，调节悬架的刚度或阻尼，从而实现对车身加速度的控制。
半主动悬架的主要优点是结构简单、成本较低，且在实际行驶过程中能较大程度地提高汽车的行驶质量和乘坐舒适性。
2. 车身加速度数学模型为了研究半主动悬架的性能，首先需要建立车身加速度的数学模型。
该模型主要包括车身、悬挂弹簧、减振器和轮胎等部件。
通过对这些部件的受力分析，可以得到车身加速度与路面不平度、车速、悬挂参数等因素之间的关系。
3. 模糊PID控制策略模糊PID控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它将人的经验和直觉引入到控制过程中，使控制系统具有更好的适应性和鲁棒性。
在半主动悬架系统中，模糊PID控制器根据车身加速度、车轮荷载等参数，实时调整悬架的刚度或阻尼，以达到最佳的控制效果。
4. 仿真分析本文利用MATLAB软件对半主动悬架系统进行了仿真分析。
仿真过程中，首先输入路面不平度信号，然后根据车身加速度、车轮荷载等参数，实时调节模糊PID控制器的输出，从而实现对悬架刚度或阻尼的控制。
最后，对比分析了半主动悬架在不同工况下的性能表现。
车辆半主动悬架控制研究论文
摘要悬架系统是汽车实现操纵稳定性和乘坐舒适性的重要机械结构。
车辆悬架系统性能的优劣直接影响车辆的乘坐舒适性和操纵安全性。
传统的被动悬架系统设计参数一旦优化确定后就无法动态改变，难以使汽车具有良好的平顺性。
由弹性元件和阻尼可调减振器组成的半主动悬架有耗能少，易实现等优点，可以改善汽车行驶的平顺性和操作稳定性。
半主动悬架既克服了被动悬架系统的缺陷，又使实现成本降低，成为汽车技术中的研究热点之一。
本文以汽车半主动悬架系统为研究对象，在对悬架的性能进行分析的基础上，建立了的二自由度1/4的汽车半主动悬架的数学模型。
同时，考虑到路面扰动输入对悬架控制的重要影响，建立积分白噪声形式的路面不平度数学模型。
在此基础上，提出了适用于半主动悬架系统的模糊逻辑控制，以控制输出信号动态改变可调阻尼器的阻尼系数从而达到自适应减振控制的目的。
最后采用我国常见的C级路面作为激励信号，根据前面所建立的数学模型，利用Matlab/Simulink建立了动态模型，并进行计算机仿真，与被动悬架就簧载质量加速度、轮胎动载荷、悬架动挠度这些性能指标进行了对比分析。
通过仿真表明，模糊控制较大的改善了半主动悬架系统的性能，比传统的被动悬架具有更好的减振性能，能够明显地改善舒适性。
关键词：半主动悬架，模糊控制，仿真分析，MATLABIAbstractSuspension is the important part of vehicle,it can improve ride comfort and handling steadiness.The dynamic Performance of susPension system directly influences ride comfort and handling of driving vehicles. It is very difficult for the traditional passive suspension whose parameters have been fixed by optimization to adjust them to improve on the ride comfort. Semi-active suspension,composed of controllable spring and damper element,consumes little energy and is easy to design and manufacture.And then semi-active suspension can also improve ride comfort and handling steadiness.Not only the semi- active suspension can perform the function of active suspension system,but the requirements of the power is very few，So it has been a hot topic in the research field of cars.The article studies the automobile semi-active suspension.Based on analyzing the performances,the text uses the two freedoms 1/4 suspension model. .Considering the influence of the input disturbance,a mathematical description of road surface irregularity is established，which is the model of integral white noise. On the basis of the above study, A fuzzy logic control method for semi-active suspension is putforward to control the output signal and adjust the damper coeffieient in order to adaptively absorb the shock and improve the ride comfort.Then the software Matlab/Simulinkis used to simulate the semi-active suspension controlled by the above-mentioned fuzzy control method on B level typical road. The performances of bodywork acceleration , the tire load and suspension displacemen are analyzing between the semi-active suspension and the passive suspension.Acording to the simulation results，compared with the passive suspension control，semi-active suspention fuzzy control which obviously improve ride comfort and handling steadiness could reduce the bodywork acceleration , the tire load and suspension displacement in a large degree.Key words: Semi-active suspention, Fuzzy control, Simulation analysis, MATLABII目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ......................................................................................................................... I II 第一章引言 .................................................................................................... - 1 -1.1车辆悬架系统发展概述 (1)1.2半主动悬架的控制方法 (3)1.3课题的研究意义 (5)1.4论文的主要研究工作 (5)1.5本章小结 (6)第二章车辆半主动悬架系统的分析与建模 .................................................... - 7 -2.11/4车二自由度悬架模型 . (7)2.1.1被动悬架模型 ........................................................................................ - 7 -2.1.2半主动悬架模型 ...................................................................................... - 8 -2.2路面输入模型. (9)2.2.1路面不平度的功率谱 .............................................................................. - 9 -2.2.2空间频率谱函数与时间频率谱函数的转化 ........................................ - 11 -2.2.3积分白噪声随机路面轮廓 .................................................................... - 12 -2.3本章小结. (13)第三章半主动悬架系统的模糊控制 .............................................................. - 14 -3.1模糊逻辑系统概述 (14)3.2理想天棚阻尼控制策略 (14)3.3模糊控制器的设计 (16)3.3.1半主动悬架模糊控制器的基本结构及设计流程 ................................ - 16 -3.3.2定义系统的输入、输出变量及模糊化 ................................................ - 17 -3.3.3隶属函数的确定 .................................................................................... - 17 -III3.3.4模糊控制规则的选取 ............................................................................ - 19 -3.3.5模糊逻辑推理 ........................................................................................ - 22 -3.3.6清晰化 .................................................................................................... - 22 -3.4本章小结. (23)第四章半主动悬架系统的仿真分析 .............................................................. - 24 -4.1MATLAB/S IMULINK仿真平台的介绍 (24)4.2系统仿真参数的取值 (25)4.3仿真结构图 (25)4.3.1积分白噪声激励路面输入Simulink模型............................................ - 25 -4.3.2被动悬架Simulink模型........................................................................ - 26 -4.3.3半主动悬架Simulink模型.................................................................... - 27 -4.3.4天棚阻尼控制二自由度车辆悬架Simulink模型................................ - 27 -4.3.5模糊控制下的半主动悬架Simulink模型............................................ - 28 -4.4悬架系统仿真分析 (29)4.4.1悬架系统的车身加速度仿真分析 ........................................................ - 29 -4.4.2悬架系统的动行程仿真分析 ................................................................ - 29 -4.4.3悬架系统的动载荷仿真分析 ................................................................ - 30 -4.5本章小结. (34)第五章总结与展望 .......................................................................................... - 35 -5.1总结 .. (35)5.2后续工作的展望 (35)参考文献 ................................................................................................................ - 37 -致谢 .................................................................................................................... - 40 -IV第一章引言1.1车辆悬架系统发展概述悬架是现代汽车上的重要总成之一，它是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力装置的总称。
半主动悬架振动控制方法研究【文献综述】
毕业设计开题报告测控技术与仪器半主动悬架振动控制方法研究一、前言由于现代生活的不断提高，汽车已经步入很多人的生活之中。
人们对汽车的要求已经不仅仅是满足交通便捷，更是对汽车的安全和舒适性提出了更高的要求了。
汽车悬架系统是指车身与车轴之间的一切力连接装置的总称，是提高汽车平顺性和操纵稳定性的重要结构之一。
[1]对汽车悬架的振动控制始终是衡量汽车性能的一个重要指标，是影响车辆行驶平稳性和驾驶舒适性以及汽车零部件寿命的重要因素。
不合格的悬架非但不能带来舒适感，还会加速零件的老化，产生噪音影响环境，严重的可能会有引起操作失误，酿成交通事故。
所以当前对车辆悬架的振动控制研究是一个重要的课题。
目前悬架振动的控制系统大致分为3种：被动悬架、半主动悬架和主动悬架。
长期以往，被动悬架占据着统治的地位。
由于它的各种参数，比如刚度、阻尼等是固定不变的，这样的悬架系统对路面的适应性差，不能同时保证汽车的操纵舒适性和行驶稳定性。
主动悬架控制系统虽然能兼顾操纵的舒适性和行驶稳定性，获得一个优质的隔振系统，但其机构复杂,能耗大，成本高，测量精度要求高等原因, 至今任停留在实验室或真车实验阶段。
而半主动悬架结合了被动悬架和主动悬架的特点，可根据不同的路面情况、载荷重量、行驶速度等条件，实时调节系统的阻尼，使车辆具有较好的舒适性和行驶稳定性[2];更因其简单的结构，较高的性能，制造方便，几乎不需要向系统提供能量而拥有广阔的应用前景，特别是电、磁流变减振器的出现，加快了半主动悬架产业化的进程。
[3]二、主题1、半主动悬架的发展1974年由Crosby K arnop首先提出半主动悬架控制。
它的架构如图1所示。
它由可变特性的弹簧和减震器组成。
它的工作原理是：根据弹簧相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号，通过输入少量控制能量调节弹簧的刚度或减振器的液力阻尼, 改善悬架的振动特性。
通常以调节减震器的阻尼为主，即将减震器作为悬架的执行机构，它可分为人工调节和传感器自动调节。
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文章编号：1000-582X（2003）01-0104-05汽车半主动悬架系统研究进展!方子帆，邓兆祥，郑玲，舒红宇（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044）摘要：基于系统工程理论，论述了汽车半主动悬架系统的研究和动态，分析了目前电/磁流变液减振液的研究及减振器开发现状。
在分析了一些较为成功的半主动悬架控制策略的基础上，论述了经典控制、线性最优控制、自适应控制和智能控制方法在半主动悬架系统中的应用前景，提出了基于天棚阻尼控制理论、模糊控制理论和自适应控制理论为主线的复合控制策略。
此外，提出了基于磁流变液减振器的半主动悬架系统研究与开发的整体思路，探讨了值得研究的若干理论和应用问题。
关键词：汽车；半主动悬架；电流变液体；磁流变液体；减振器中图分类号：U463.1文献标识码：A现代汽车正朝着安全、智能化和清洁化的方向发展。
悬架系统智能化解决了传统被动悬架存在的舒适性和稳定性不能兼顾的问题，并能适应变化的行驶工况和任意道路激励，代表了悬架系统发展的方向。
主动悬架能获得一个优质的隔振系统，实现理想悬架的控制目标，但能量消耗大，成本高，结构复杂。
能量、成本和可靠性是限制主动悬架发展的瓶颈。
半主动悬架通过改变减振器的阻尼特性适应不同的道路和行驶状况的需要，改善乘坐舒适性和操纵稳定性。
由于半主动悬架在控制品质上接近于主动悬架，且结构简单，无须力源，能量损耗小，因而是近期最有可能走向市场推广应用的新兴技术。
1半主动悬架技术发展状况1974年，Crosby和Karnop基于天棚阻尼的概念发明了半主动阻尼器［1］。
其生产应用始于80年代，但它对悬架性能的改善是极有限的。
1975年，MargoIis等人提出了“开关”控制的半主动悬架，它能产生较大的阻尼力这种悬架已应用到实车上。
1986年，Kim brough 在半主动悬架控制方法中引入了Lyapunov方法，改进了控制算法的稳定性。
1988年，日产公司研制了一种“声纳”式半主动悬架，它可通过声纳装置预测路面信息，悬架减振器有“柔和”、“适中”和“稳定”3种选择状态。
1994年，Prinkos等人使用了电流变和磁流变流体作为工作介质，研究了新型半主动悬架系统。
半主动悬架系统除了少量的开启电液阀的能量以外，几乎不需要外加能源。
研究表明：只要合适选择控制逻辑，半主动阻尼器可以达到像主动减振一样的减振效果［2］。
通常，半主动悬架是指悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节控制的悬架［3］。
目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构，图1汽车半主动悬架系统装车构成2003年1月重庆大学学报Jan.2003第26卷第1期JournaI of Chongging University VoI.26No.1!收稿日期：2002-07-20基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（50135030）作者简介：方子帆（1964-），男，湖北黄州人，三峡大学副教授，重庆大学博士研究生。
主要从事车辆系统动力学与控制的研究。
通过传感器检测到的汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度，由ECU根据控制策略发出脉冲控制信号，实现对减振器阻尼系数的有级可调或无级可调。
典型的半主动悬架系统组成如图1所示。
1.1有级可调减振器有级可调减振器阻尼可在2-3档之间快速切换，切换时间通常为10~20ms。
有级可调减振器实际上是在减振器结构中采用较为简单的控制阀，使通流面积在最大、中等或最小之间进行有级调节。
有级可调减振器通过减振器顶部的电机控制旋转阀的旋转位置，使减振器的阻尼在“软、中、硬”三档之间变化。
有级可调减振器的结构及其控制系统相对简单，但在适应汽车行驶工况和道路条件的变化方面有一定的局限性。
有级可调减振器的设计关键是发展先进的阀技术，增加阻尼变化的档数，缩短切换时间，从而使复杂的控制策略应用成为可能，以进一步提高悬架的控制品质。
2.2无级可调减振器无级可调减振器的阻尼调节可采取以下2种方式：1）节流孔径调节通过步进电机驱动减振器的阀杆，连续调节减振器节流阀的通流面积来改变阻尼，节流阀可采用电磁阀或其它形式的驱动阀来实现。
这类减振器的主要问题是：节流阀结构复杂，制造成本高。
2）减振液粘性调节使用粘性连续可控的新型的功能材料电流变或磁流变液体［4-6］作为减振液，从而实现阻尼无级变化。
电流变液体在外加电场作用下，其流变材料性能，如剪切强度、表观粘度等会发生显著的变化，将这种电流变液体装入减振器，并在内外筒之间加上电场，通过改变电场强度，使电流变液体的粘度改变，从而改变减振器的阻尼力。
由于电流变减振器的阻尼可随电场强度的改变而连续变化，无须高精度的节流阀，结构简单，制造成本不高，且无液压阀的振动、冲击与噪声，不需要复杂的驱动机构，作为半主动悬架的执行器是一个非常好的选择。
但电流变液体存在较多问题，其电致屈服强度小，温度工作范围不宽，零电场粘度偏高，悬浮液中固体颗粒与基础液体之间比重相差较大，易分离、沉降，稳定性差，对杂质敏感，难以适应电流变减振器长期稳定工作的需要。
要使电流变减振器响应迅速、工作可靠，必须解决以下几个问题：①设计一个体积小、重量轻、能任意调节的高压电源；②为保证电流变液体的正常工作温度，必须设计一个散热系统；③充装电流变液体时，要保证无污染；④性能优良的电流变液体；⑤高压电源的绝缘与封装。
电流变减振器，国外已有一些产品问世［7］。
如德国Bayer公司的商业电流变液与电流变减振器，美国Lord公司的几种电流变减振器等。
磁流变液体是指在外加磁场的作用下，流变材料性能发生急剧变化的流体。
将磁流变液体装入磁流变减振器，通过控制磁场强度，可实现磁流变减振器阻尼的连续、无级可调。
磁流变减振器具有电流变减振器同样的特点，响应比电流变减振器要慢，主要是磁流变液体的磁化和退磁需要时间。
磁流变减振器通常采用活塞缸结构，磁流变液的通路由位于活塞上的阻尼孔或单独的旁路构成，在磁流变液的通路上施加磁场。
按结构可分为单出杆活塞缸结构和双出杆活塞缸结构。
在磁流变液和器件的开发方面，美国Lord公司、福特公司，德国BASF等纷纷投入巨资，已有商业磁流变液及器件问世［8］。
如Lord公司开发了商业磁流变液MRX-126PD，采用单出杆活塞缸结构设计的磁流变减振器已用于大型载重汽车司机座椅半主动悬架减振系统。
磁流变减振器存在的问题是响应时间较长，结构比较笨重，流变性能和稳定性还需改进。
目前，成功开发的电流变液体与磁流变液体的特性如表1所示。
从材料特性来看，它们都能满足汽车工作要求。
但在屈服应力、温度范围、塑性粘度和稳定性等性能方面，磁流变液体强于电流变液体。
这也是选用磁流变液体作为半主动悬架系统减振器的减振液的主要因素。
其最主要的问题是实现电源以及降低减振器内液体紊流产生的噪声十分困难。
表1电流变液体与磁流变液体的特性材料特性电流变液体磁流变液体剪切强度2-5kPa50-100kPa外加电源3-5kV/mm150-250kA/m受限条件结构破坏材料饱和性零场粘度0.2-0.3PaS0.2-0.3PaS工作温度-25~+125C-40~+150C液体比重1-2.53-4响应时间小于1ms小于1ms噪声噪声较大噪声较大稳定性不能容忍杂质大多数杂质无影响电压2~5kV2~25V电流1~10mA1~10A功率2~50W2~50W1.3减振器驱动方式可控减振器驱动方式有转阀方式、旁路阀方式、压电驱动方式、电/磁场控制电/磁流变方式和永磁直流501第26卷第1期方子帆等：汽车半主动悬架系统研究进展直线伺服电机驱动方式等。
转阀方式是由控制器单元发出的信号经处理驱动步进电机，从而驱动转阀转动，改变减振器阻尼孔的大小，产生符合系统要求变化的阻尼力。
旁路阀方式是由电磁阀根据控制器单元发出的信号开关，打开磁阀，相当于在油路中增加一个节流孔，从而改变总的阻尼孔面积，产生符合系统要求的有级变化的阻尼力。
压电驱动方式是在减振器的活塞杆内，安装压电执行器和压电传感器。
压电执行器由88个压电元件叠加而成，在500V直流电压作用下，压电元件会伸长50!m，该位移经位移放大室放大到2mm，可打开转换阀，形成分流油路，从而获得小阻尼。
利用压电传感器可将前轮减振器检测到的路面情况传给ECU，控制后轮减振器的阻尼。
磁场控制的磁流变方式是利用ECU发出的电压或电流信号控制磁流变减振器内变压线卷，产生高压实现对阻尼的连续无级调节。
永磁直流直线伺服电机驱动方式是由直线伺服电机直接实现直线运动控制。
电机驱动效率高，响应速度快，灵敏度高，随机性好，控制稳定。
目前，永磁直流直线伺服电机在航天飞行器中广泛应用，其驱动性能优于液压执行机构。
2半主动悬架控制策略最早提出半主动悬架控制方法是天棚阻尼控制方法，由于其控制算法简单，得到了广泛的应用。
但天棚阻尼控制只解决了悬架系统的舒适性而没有很好解决操纵稳定性问题。
因此，目前研究的重点是改进型的天棚阻尼控制方法［9-10］在半主动悬架系统的应用。
以经典控制理论为基础的PID控制不需要了解被控对象的数学模型，只要根据经验进行调节器参数在线调整，即可取得满意的结果，不足的是对被控对象参数变化比较敏感。
研究查表法变参数PID控制和模糊PID控制方法在半主动悬架控制系统中应用有一定的实际的意义。
线性最优控制方法在系统建模时，忽略了高阶动态环节，如车架、轮胎的高阶模态以及减振器、传感器的动态特性等，所得到的控制参数是根据确定的系统参数计算出来的，仅对理想的数学模型保证预期的性能［11］。
当系统参数变化到一定程度时，会使系统变得不稳定，控制参数不再使性能指标最优，有时甚至会使悬架性能恶化［12］。
实际的悬架系统是含有许多不确定因素的非线性、时变、高阶动力系统，难以用定常反馈系统达到预定的性能要求［13］。
所以最优控制方法在半主动悬架控制系统中应用很少。
自适应控制方法应用于汽车悬架控制系统有自校正控制和模型参考自适应控制两类控制策略。
自校正控制是一种将受控对象参数在线识别与控制器参数整定相结合的控制方法。
模型参考自适应控制是在外界激励条件和车辆自身参数状态发生变化时，被控车辆的振动输出仍能跟踪所选定的理想参考模型。
采用自适应控制的车辆悬架阻尼减振系统改善车辆的行驶特性［14］，在德国大众汽车公司的底盘上得到了应用。
模糊控制方法在半主动悬架系统中的应用效果比常规控制方法有效［15］。
但模糊控制器的稳定性只通过一些模拟过程测试，判断其稳定性的标准还不存在；控制器只适用于一定的汽车参数；改变轮胎性能会使控制结果明显变坏；路面性质对控制效果影响较大。
因此，模糊控制方法在半主动悬架控制系统中应用从理论上无法判定，只能通过系统实测才能确定。