汽车主动悬架控制策略综述

汽车主动悬架控制策略综述

摘要首先介绍了主动悬架的发展情况和应用情况，然后引入了作性能分析所需的车辆主动悬架动力学模型，以1/4动力学模型为基础，得出了运动微分方程以及控制状态方程组。最后，介绍了现在流行的主动悬架控制策略，包括PID 控制、鲁棒控制、神经网络控制、滑模变控制、模糊控制和自适应控制。

关键词：主动悬架；控制策略

Automotive Active Suspension Control Strategies

Abstract:Firstly, introducing active development and application of suspension, then introduced as the performance required for the analysis of vehicle active suspension dynamics model, through 1/4 kinetic model, derived differential equations of motion and control state equations .At last,Introduced the now popular active suspension control strategy,including PID control, robust control, neural network control, sliding mode control, fuzzy control and adaptive control.

Keywords:Active Suspension;Control Strategy

0 引言

传统的被动悬架的刚度和阻尼是按经验或优化设计的方法确定的，在汽车行驶过程中其性能是不变的，也是无法进行调节的。虽然随着近年来，悬架在设计和工艺上得到不断改善，实现了低成本、高可靠性的目标，但无法彻底解决平顺性和操纵稳定性之间的矛盾。20世纪50年代提出了全主动悬架的概念，主动悬架就是根据汽车的运动和路面的状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼系数，使其处于最佳的减振状态。从20世纪80年代以来，世界各大汽车公司和生产厂家都在竞相研制开发这种新型的悬架系统。丰田、洛特斯、沃尔沃等汽车公司，已在汽车上进行了较成功的实验。

[1]

1 汽车主动悬架动力学模型

建立如图所示的具有2自由度的1 / 4车辆动力学模型，该主动悬架装置主要包括弹簧和执行器两大部分，执行器通常为作动器，并通过对作动器力的控制来实现悬架系统的性能优化。[2]

图1 主动悬架动力学模型 系统的运动微分方程如下：

()()0

()()()0

s s s s u s s u d u u s s u s s u d t u r m x k x x c x x F m x k x x c x x F k x x +-+--=⎧⎨

----++-=⎩式中，s m 、u m 分别表示簧载质量和非簧载质量；t k 、s

k 分别表示弹簧刚度和轮胎刚度；r x 、s x 、u x 分别表示路

面位移、簧载质量位移和非簧载质量

位移；s c

表示粘滞阻尼系数；d F 表示

主动控制力。

运用现代控制理论来研究系统，由模型可以得出系统有路面激励和控制力两个输入，相应的状态变量和输出变量如下：

[]1234,,,T

X x x x x = []1234,,,T

Y y y y y =

式中，

1

y 为簧载质量加速度；2y

为悬架动挠度；3y 为轮胎动载荷；4y

为非

簧载质量加速度；1x =s u x x -，2x =s x

，3x =u r x x -，4x =u x ，1y =2x ，2y =1

x ，3y =3t k x ，4y =4

x 。

应用现代控制理论将运动微分方程改写成状态方程组。方程中的A 、B 、

C 、

D 分别表示状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵、传递矩阵。

()

()X AX Bu t Y CX Du t ⎧=+⎨

=+⎩ 式中，

A=010100001s s s s

s s s s

t s u

u u

u k c c m m m k c

k

c m m m m -⎡⎤⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎣⎦ ;B=0

0101010s s m m ⎡⎤⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥

-⎢⎥

⎣

⎦C=010*********s s s s s s t k c c m m m k ⎡⎤--⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦;D=100

00000s m ⎡

⎤

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦

2 汽车主动悬架的控制策略 2.1 PID 控制

在汽车半主动悬架控制系统中，研究查表法PID 控制和模糊PID 控制具有一定的应用价值。PID 控制系统的基本工作原理是：通过加速度传感器测量得到车身加速度，该加速度信号

经电荷放大器放大后输入PID 控制器，PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成，其控制规

律可以描述为：

()I c p D K

G s K K s

s =++，经过

PID 处理的

信号反馈给半主动悬架，从而实现对悬架阻尼的控制。PID 控制具有原理简单，适应性强，鲁棒性好等优点，但也有其明显的不足。PID 在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定