汽車主動懸架系統及其控制方法

吳文文

摘 要：汽車乘坐舒適性和操作安全性與汽車主動懸架關系緊密，主動懸架研究及其重要。本文介紹了主動懸架的工作原理以及主動懸架的控制方法：天棚阻尼控制、最優控制、自適應控制、滑模變結構控制、模糊控制、神經網絡控制等。預測了主動懸架系統的發展和未來趨勢。

關鍵詞：主動懸架；控制方法；汽車

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.018

被動懸架通常由具有確定參數的彈性元件和阻尼元件等構成，對于路面的適應性能較差，對汽車改善舒適性等方面不利。在被動懸架設計的過程中，往往不能使乘客的乘坐舒適性與車輛的操縱穩定性同時達到最優。

在很大程度上及一些因素的影響，我國的汽車很少采用主動懸架，因為在主動及半主動懸架研究方面，我國相對來說比較落后，就技術層面來講，主動懸架相對于被動懸架在控制方面較為復雜，研究起來比較困難，對其進一步發展產生了阻礙。

1 汽車主動懸架的工作原理

汽車主動懸架可以根據路面的實時狀況來進行調節，相比于被動懸架其可以調節該懸架的剛度及阻尼，使懸架找到一個最優的狀態來滿足舒適性及操縱穩定性。它是在被動懸架的基礎上改進而來，增加用來控制調節力的裝置，通過控制系統對傳遞來的一系列信號進行反饋調節力的大小進而使懸架剛度及阻尼發生變化來使乘坐舒適性及操縱穩定性同時達到最優。

2 主動懸架系統的控制方法

主動懸架的控制方法有很多種，在不同的控制方法中所運用的學科知識也不相同，涉及到多種理論的分析研究。但是，各種控制方法均有自身的獨特之處，對幾種主動懸架的控制方法介紹如下。

2.1 天棚阻尼器控制

天棚阻尼器控制的主要方法是通過一種對力的控制來實現其功能。該力是由主動懸架發生并且需要與該車的車體的速度成正比例關系，由于在該系統中相比其他系統多了一個固定一端的阻尼器，來作為參考，這就是天棚阻尼控制系統的大致原理和名稱由來。

在該控制方法中，控制力的大小是由車體的速度傳遞到到力傳感器的大小決定的，傳感器數量不多且結構也不算復雜，更不需要多學科的交叉研究，比較容易實現其功能且使用起來相對快速。所以，該控制方法經歷了很長的時間仍然被很廣泛地運用到車輛中。但是，其也有一定的缺陷，由于系統接收到的反饋力只受到車體的速度的影響，過于依賴一個方面的因素，故在一些方面不能夠準確反映實際情況，需要消耗更多的能量，這對能源的利用不太有利。另一方面，該系統僅僅對乘客的舒適性進行了一定程度的提升，并未對操作穩定性方面進行影響，所以，仍然需要進一步進行研究，以達到對兩個方面均有作用。

2.2 最優控制

在主動懸架的控制方法中，運用的出錯率最低、最大范圍采用的控制方式是最優控制，該控制方式通常可分為線性最優控制、最優預測控制和最優控制，它是控制理論的核心。線性最優控制是將復雜的車輛系統來通過各種方法將其盡量近似為一個線性的系統。由于對于路面來說，在車輛行駛的過程中，其是隨時變化的。因此，路面的激勵輸入是有一定的波動的，沒有固定的規律。將一些控制理論運用到該懸架系統當中去，其采用受控對象的狀態響應與控制輸入的加權二次型作為性能參數指標，來對該系統進行評價分析。要保證該系統在變化的條件下將兩個方面的控制達到最優[1]。

最優預測控制需要考慮更多方面的問題，不僅需要考慮車輛的實際情況及路面的實際狀況，還要考慮路面對車輛的干擾及擾動作用。綜合幾個方面因素的影響，在一定的狀況下得到最理想化的結果。該控制方法是在車輛的前部安裝了瞄準傳感器，用來感應地面的狀況，從而判斷地面的狀況，并將得到的信息傳遞到控制系統，根據此信息得出判斷，對懸架機構的狀態進行調整。

最優控制則是在系統各個方面都相對穩定的的條件下，對于車身的擺動、輪胎的變形、車輛的車身構造等方面存在偏差及波動的時候，使車輛的懸架進行調節達到一種最優狀態。

2.3 自適應控制

自適應控制與以上介紹的控制方法有一定的差異，它變得更加智能化，可以識別各個獲取的參數，對懸架的性能及各個部件的特性進行調整，令其達到最優狀態，滿足使用者的要求。其運用的范圍主要有兩種模型：自適應控制和自校正控制。

2.4 滑模變結構控制

滑模變結構控制也是控制理論的重要的一部分，它的運用范圍很廣，可以在線性系統及非線性系統得到運用，便于控制，操作起來也比較簡便，能夠應對車輛在不確定的情況下的遇到的狀態變化。

2.5 模糊控制

模糊控制系統相對來說大大地簡化了，車輛的懸架系統本來是一個較為復雜且需要參數更多的一個系統，可是通過模糊控制的方法不需要去建立數學模型，因此，過程得到了大大的簡化，減少了購買很多零部件的費用，節約了資金。但是其也有一定的缺點，它的精度相對于其它控制來說較低。

2.6 神經網絡控制

神經網絡中有很多的節點作為處理控制系統的單元，其主要特性是有一定的對參數的自主學習能力，通過此過程來對系統進行調節，有很強的適應性。

3 結論

車輛的被動懸架不能夠滿足人們的乘坐舒適性以及操作穩定性的需求。因此，需要開發和研究主動懸架，主動懸架的控制也成為一個重點，種類很多，我們應該根據自身需求并且結合各種控制方法的特點來進行選擇控制方法，來達到控制主動懸架實現目標的基礎

參考文獻：

[1]許昭.車輛主動懸架最優控制及懸架實驗臺研究[D].碩士論文.