談汽車懸架控制系統研究動態與展望

陳喜亮 李華儒

摘 要：綜述汽車懸架控制系統的基本類型，半主動控制和主動控制的控制策略。由于智能阻尼裝置具有機械結構簡單，動態范圍大，能耗低等特點，是一種非常有前途的半主動減振裝置。介紹電流變液體及磁流變液體和裝置的主要特點與優點，并給出智能阻尼器的模型。著重論述幾種控制方法在汽車懸架控制系統中的應用，探討今后的研究方向和發展趨勢。

關鍵詞：汽車懸架;半主動控制;主動控制;非線性控制;智能阻尼裝置

1 引言

懸架是現代汽車的重要總成之一，它對汽車的平順性、穩定性和通過性均有很大影響。傳統的被動懸架一般由具有固定參數的彈性元件和阻尼元件組成，被設計為適應某一種路面，這就限制了汽車性能的進一步提高。自上世紀70年代以來，工業發達國家開始研究基于控制技術的主動/半主動懸架系統。引入控制技術后的懸架是一類復雜的非線性動力系統，其研究進展和開發應用與機械動力學、流體傳動與控制、測控技術、計算機技術、電子技術、材料科學、非線性力學等多個學科的發展緊密相關。這些學科的發展為懸架系統從被動隔振發展為主動控制奠定了基礎。尤其在智能控制技術及智能材料科學取得引人矚目進展的同時，已開始應用到汽車懸架控制系統，使得汽車懸架控制系統的研究不僅在理論上和方法上取得顯著進步，而且也出現了工程實際應用的可能。

2 汽車懸架控制系統的控制方法

汽車懸架控制系統是一個復雜的非線性動力系統，基于模型的線性控制策略受到很大的限制。目前應用于汽車懸架控制系統的控制方法主要有現代控制方法（如自適應控制方法、預見控制方法、最優控制方法及魯棒控制方法）和智能控制方法（如模糊控制、神經網絡控制）以及各種控制方法的復合。

2.1 自適應控制方法

汽車懸架控制系統是含有許多不確定因素的非線性動力系統，難以用傳統控制方法達到預定的性能要求。應用于汽車懸架控制系統的自適應控制方法主要有自校正控制和模型參考自適應控制兩類控制策略。自校正控制是一種將受控對象參數再線識別與控制器參數整定相結合的控制方法，把非線性自校正控制應用于非線性車輛主動懸架系統，能適應懸架載荷和懸架元件特性的變化，自動調整主動懸架系統的控制器來降低系統的振動。模型參考自適應控制的原理是當外界激勵條件和汽車自身參數狀態發生變化時，被動汽車的振動輸出仍能跟蹤所選定的理想參考模型，把非線性“滑模”控制規則應用于電液懸架系統，控制器依賴精確的懸架系統模型，采用自適應控制的車輛懸架阻尼減振系統改善汽車的行駛性能，在德國大眾汽車公司的底盤上得到了應用。自適應控制與自校正控制方法的基本出發點是根據系統當前輸入的相關信息，從預先計算并存儲的參數中選取當前最合適的控制參數。其設計關鍵的選擇能準確、可靠地反映輸入變化的參考變量。只要參數選擇適當，控制器即可快速、方便地改變控制參數，以適應當前輸入的變化。國內學者采用自適應控制與自校正控制方法對汽車懸架進行的研究。

2.2 最優控制方法

應用于汽車懸架控制系統的最優控制方法可分為線性最優控制、最優預見控制兩種。線性最優控制是建立在系統較為理想模型基礎上，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指標，同時保證受控系統動態穩定性條件下實現最優控制。把O（1inearquadratic線性二次型）調節器控制理論和tOG（1inearquadraticgaussian線性二次高斯型）控制理論應用于汽車懸架系統實現最優控制]。H控制是設計控制器在保證閉環系統各回路穩定的條件下，使相對于噪聲干擾的輸出取極小的一種最優控制方法。為了模擬由于車身質量、輪胎剛度、減振器阻尼系數以及車輛結構高頻柔度模態等變化不確定的誤差，應用控制方法可實現汽車懸架振動控制具有較強的魯棒性。最優預見控制是利用汽車車輪的擾動信息預估路面的干擾輸人，預見控制的策略就是把所測量的狀態變量反饋給前、后控制器實施最優控制。由于實際的車輛系統往往是時變的非線性系統，從而使實際系統達不到運用最優控制理論所預期的性能。因此有必要對系統進行魯棒性分析，即在各種模型誤差及不確定擾動的情況下，研究系統的魯棒穩定性問題。

3 研究趨勢

汽車懸架控制系統的研究與開發是車輛動力學與控制領域的國際性前沿課題，近年來，隨著相關學科和高新技術的迅猛發展，使得研究實用的半主動和主動懸架控制系統成為現實。半主動懸架控制系統已進入實際應用階段，主動懸架控制系統由于其造價昂貴，需要額外的控制功率等原因，目前仍停留在實驗室階段。今后的研究目標是研究和開發控制有效、耗能低、成本低廉的汽車懸架控制系統，為此，必須解決一些基礎性的理論研究問題和實際應用的技術問題。