谈汽车悬架控制系统研究动态与展望

陈喜亮 李华儒

摘 要：综述汽车悬架控制系统的基本类型，半主动控制和主动控制的控制策略。由于智能阻尼装置具有机械结构简单，动态范围大，能耗低等特点，是一种非常有前途的半主动减振装置。介绍电流变液体及磁流变液体和装置的主要特点与优点，并给出智能阻尼器的模型。着重论述几种控制方法在汽车悬架控制系统中的应用，探讨今后的研究方向和发展趋势。

关键词：汽车悬架;半主动控制;主动控制;非线性控制;智能阻尼装置

1 引言

悬架是现代汽车的重要总成之一，它对汽车的平顺性、稳定性和通过性均有很大影响。传统的被动悬架一般由具有固定参数的弹性元件和阻尼元件组成，被设计为适应某一种路面，这就限制了汽车性能的进一步提高。自上世纪70年代以来，工业发达国家开始研究基于控制技术的主动/半主动悬架系统。引入控制技术后的悬架是一类复杂的非线性动力系统，其研究进展和开发应用与机械动力学、流体传动与控制、测控技术、计算机技术、电子技术、材料科学、非线性力学等多个学科的发展紧密相关。这些学科的发展为悬架系统从被动隔振发展为主动控制奠定了基础。尤其在智能控制技术及智能材料科学取得引人瞩目进展的同时，已开始应用到汽车悬架控制系统，使得汽车悬架控制系统的研究不仅在理论上和方法上取得显著进步，而且也出现了工程实际应用的可能。

2 汽车悬架控制系统的控制方法

汽车悬架控制系统是一个复杂的非线性动力系统，基于模型的线性控制策略受到很大的限制。目前应用于汽车悬架控制系统的控制方法主要有现代控制方法（如自适应控制方法、预见控制方法、最优控制方法及鲁棒控制方法）和智能控制方法（如模糊控制、神经网络控制）以及各种控制方法的复合。

2.1 自适应控制方法

汽车悬架控制系统是含有许多不确定因素的非线性动力系统，难以用传统控制方法达到预定的性能要求。应用于汽车悬架控制系统的自适应控制方法主要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再线识别与控制器参数整定相结合的控制方法，把非线性自校正控制应用于非线性车辆主动悬架系统，能适应悬架载荷和悬架元件特性的变化，自动调整主动悬架系统的控制器来降低系统的振动。模型参考自适应控制的原理是当外界激励条件和汽车自身参数状态发生变化时，被动汽车的振动输出仍能跟踪所选定的理想参考模型，把非线性“滑模”控制规则应用于电液悬架系统，控制器依赖精确的悬架系统模型，采用自适应控制的车辆悬架阻尼减振系统改善汽车的行驶性能，在德国大众汽车公司的底盘上得到了应用。自适应控制与自校正控制方法的基本出发点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。只要参数选择适当，控制器即可快速、方便地改变控制参数，以适应当前输入的变化。国内学者采用自适应控制与自校正控制方法对汽车悬架进行的研究。

2.2 最优控制方法

应用于汽车悬架控制系统的最优控制方法可分为线性最优控制、最优预见控制两种。线性最优控制是建立在系统较为理想模型基础上，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指标，同时保证受控系统动态稳定性条件下实现最优控制。把O（1inearquadratic线性二次型）调节器控制理论和tOG（1inearquadraticgaussian线性二次高斯型）控制理论应用于汽车悬架系统实现最优控制]。H控制是设计控制器在保证闭环系统各回路稳定的条件下，使相对于噪声干扰的输出取极小的一种最优控制方法。为了模拟由于车身质量、轮胎刚度、减振器阻尼系数以及车辆结构高频柔度模态等变化不确定的误差，应用控制方法可实现汽车悬架振动控制具有较强的鲁棒性。最优预见控制是利用汽车车轮的扰动信息预估路面的干扰输人，预见控制的策略就是把所测量的状态变量反馈给前、后控制器实施最优控制。由于实际的车辆系统往往是时变的非线性系统，从而使实际系统达不到运用最优控制理论所预期的性能。因此有必要对系统进行鲁棒性分析，即在各種模型误差及不确定扰动的情况下，研究系统的鲁棒稳定性问题。

3 研究趋势

汽车悬架控制系统的研究与开发是车辆动力学与控制领域的国际性前沿课题，近年来，随着相关学科和高新技术的迅猛发展，使得研究实用的半主动和主动悬架控制系统成为现实。半主动悬架控制系统已进入实际应用阶段，主动悬架控制系统由于其造价昂贵，需要额外的控制功率等原因，目前仍停留在实验室阶段。今后的研究目标是研究和开发控制有效、耗能低、成本低廉的汽车悬架控制系统，为此，必须解决一些基础性的理论研究问题和实际应用的技术问题。