汽车主动悬架控制系统的研究

孙小敬　高敬　杨森

【摘 要】随着汽车技术的不断发展和人们生活水平的不断提升，人们对汽车稳定性及舒适性要求越来越高。如何提升汽车性能，改善汽车服务指标已经成为新时期汽车设计的关键。本文从汽车悬架系统设计出发，对汽车操控稳定性及汽车舒适性进行分析，深入挖掘了悬架系统对汽车操控稳定性及舒适性的影响。

【关键词】主动悬梁；控制系统

【Abstract】 With the continuous development of automobile technology and people's living standards and constantly improve， people increasingly highon vehicle stability and comfort requirements more and. How to improve thevehicle performance， improve the automobile service index has become the key vehicle design in the new period. This article from the vehicle suspension system design based on vehicle handling stability， comfort andauto analysis， in-depth excavation of the influence of suspension system on the vehicle handling stability and ride comfort of 【Keywords】active cantilever； control system

Key Words：Active suspension ；control system

引言

汽車悬架系统作为汽车传动之间的重要装置，可以明显改善汽车的平稳性，对汽车发展具有非常好的促进作用。汽车悬架系统操稳与舒适性技术对平顺性及稳定性指标进行全面分析，在汽车设计需求下对两者进行平衡，形成了系统化、科学化汽车悬架结构，从本质上改善了汽车使用质量。

一、悬架的结构组成与作用

汽车的舒适性能有着十分重要的影响。相对于传统的被动悬架，主动悬架更好地协调和提高了汽车行驶过程中的平顺性与操纵稳定性，从而进一步提高汽车的整体性能。近年来汽车主动悬架的研究和开发工作成了国内外观注的重点，并且已成为汽车动力学与智能控制领域比较前沿的课题。汽车主动悬架设计的关键就是能寻求一个能够为汽车提供良好控制性能的控制律。主动悬架系统的智能控制设计的本质可概括为一个典型的不确定、多变量系统的控制问题。但是大部分现有的主动悬架智能控制方法都存在一些特点，比如过于复杂、原理繁琐、附加条件过多，这些都不利于工程应用。因此，为了使控制方法简便实用而且有效，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。

二、电子控制悬挂系统的原理与主要结构

悬架系统是影响汽车驾驶及乘坐舒适性和操纵稳定性的主要部件，是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。汽车悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器构成的整个支撑系统。悬挂系统应有支撑车身的功能，改善乘坐的颠簸感觉，不同的悬挂系统设计会使驾驶者有不同的乘坐感受。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。常见的悬挂系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别系统则还有缓冲块、横向稳定杆等。计算机仿真系统的电控单元控制悬挂系统可根据车载重量、路况条件、行驶速度等来调节悬挂系统的刚度、减振器阻尼力以及车身高度。从而使车辆在各种行驶条件下均可获得最佳的行驶平稳性和操纵协调性。

有多种不同类型的电子控制悬挂系统，以大众汽车的电子控制空气弹簧悬挂系统为例，电子控制悬挂系统主要由空气压缩机、干燥器、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬挂控制执行器、悬挂控制选择开关、悬挂用电控单元等组成。在汽车行驶过程中，电控单元不停地接收车身高度传感器、加速度传感器（即油门动作传感器）、制动传感器、转向传感器以及车速传感器输出的信号并进行运算、分析和判断，最终向执行器输出控制信号，控制车身高度和悬挂刚度。

电控单元中计算机仿真控制悬挂系统的主要优点有：为提高汽车正常行驶时乘坐的舒适性，可以将弹簧刚度设计得较小，以使车身的自然振动频率尽可能的低。为提高汽车的操纵稳定性，使汽车的行驶安全性明显提高，可以将汽车悬挂抗侧倾，抗纵摆的刚度设计得比较大。将车轮快速提起，避开障碍物，可以在车轮碰到障碍物（如砖、石等）时，提高汽车的通过性。电控单元可以在汽车载荷变化，在不平路面上行驶时自动保持车身高度不变。仿真技术可以防止汽车制动时车头的下冲。提高汽车转弯时的操纵稳定性，可以避免汽车转弯时车身向外倾斜。为提高车轮与地面间的附着力，可以减小轮跳离地面的倾向。

三、汽车电子控制悬架技术分析

1、半主动悬架技术

作为常见的电子控制悬架技术，半主动技术可以明显改善悬架中减震器的阻尼效果，依照系统需求对减震器参数及元件刚度进行对应调整，实现系统化控制。半主动悬架技术通过专门元件对系统装置进行控制，由逻辑运算装置对汽车运行中的各项数据进行分析及处理，将信息传输到控制器中执行所需主动控制操作，达到车身的震动控制。该技术在汽车悬架控制过程中应用非常广泛，可以通过阻尼可调节减震器及控制策略达到汽车悬架系统操稳与舒适性指标的提升和优化，是当前汽车悬架系统操稳与舒适性技术研究的主要方向。

2、电控主动空气悬架技术

电控主动空气悬架技术主要通过电子装置完成汽车悬架控制。该技术运用过程中需要对汽车悬架状况进行全方位分析，依照汽车运行状况使用对应传感器对相应信号进行采集，对信息进行运算分析，实施汽车悬架调节。电控主动空气悬架技术调节时主要是对汽车车高的调节、减震器的调节、空气弹簧弹性系数的调节。当路面起伏不平时，电控主动空气悬架会适当将车身抬高，从而保证汽车可以顺利通过该段路线。悬架会主动提升减震器的阻尼力，控制车身姿态的变化。与此同时，悬架还会改变弹簧刚度，确保提升行车舒适度。电控主动空气悬架技术可以通过微机指令对汽车运行过程中的悬架刚度及悬架阻尼系数进行调整，保证悬架刚度与悬架阻尼系数与当前运行状况相协调，从本质上提升了汽车悬架系统操稳及舒适性指标，对汽车应用效益的改善具有非常积极的意义。

3、电控主动液压悬架技术

电控主动液压悬架技术主要通过汽车液压部件达到汽車受力的控制，提升汽车悬架系统操稳与舒适性指标。该技术运用过程中需要在汽车中心处设置对应传感器及减震装置，对汽车运行过程中的各项震动数据进行采集。采集的信息直接传输到ECU单元中，通过ECU单元内容进行对应处理，发出系统控制指令，对汽车状况进行调整，提升弹簧弹性系数及减震器阻尼效果。电控主动液压悬架技术可以依照传感器信号及EUC单元对各项数据进行处理，向悬架发出对应控制指令，及时调整悬架控制操作，对汽车悬架系统操稳与舒适性效果的提升具有至关重要的意义。当前电控主动液压悬臂技术主要应用于我国进口汽车中。

四、主动悬架系统的控制策略

1、智能控制

近些年来智能控制取得了很大的发展最有代表性的便是模糊控制和神经网络控制。汽车悬架可以看作是用一组非线性微分方程来描述的非线性系统，利用模糊推理方法可推导出合适的阻尼力，实验结果显示采用模糊控制理论设计的控制器可使主动悬架的性能得到有效提高提高了汽车行驶的平顺性。模糊控制和神经网络控制能够为特殊条件下的模型处理问题提供有效的方法。可以认为智能控制将是21世纪控制领域的核心技术智能控制的发展必将推动科技的发展从而对社会进步的推动力是不可估

量的。

2、混合控制

当前用于汽车悬架振动的控制策略比较多单一控制策略可以使某一控制目标达到理想的效果，但很难达到多个控制目标同时满足要求的要求。因为各种控制策略都有自身无法弥补的缺陷考虑到一方面则往往另一面就会有损失。因此常将多种控制方法结合起来对悬架系统进行混合控制，例如将模糊控制和神经网络控制混合设计应用于奔驰高级轿车和重型坦克，这种混合控制策略同样适用于汽车主动悬架这样复杂的非线性系统，仿真结果显示均能取得良好的效果从长远来看混合控制方法将是今后悬架控制策略研究的一个很重要方向

结束语

作为车架与车桥之间的传力连接装置，汽车悬架系统可以明显提升汽车使用效益，对汽车稳定性及舒适性的提升具有非常重要的作用。在对汽车悬架系统操稳与舒适性指标进行研究的过程中，相关人员要把握好汽车悬架技术，对相应汽车悬架技术种类、特征及应用效果进行分析，依照具体车辆状况选取对应悬架设计方案，从本质上改善悬架运用指标，加速汽车悬架发展进程。

参考文献：

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