汽車主動懸架系統(tǒng)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(guān)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(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。預測了主動懸架系統(tǒng)的發(fā)展和未來趨勢。

關(guān)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(shù)的彈性元件和阻尼元件等構(gòu)成，對于路面的適應(yīng)性能較差，對汽車改善舒適性等方面不利。在被動懸架設(shè)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(wěn)定性同時達到最優(yōu)。

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(shù)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(fā)展產(chǎn)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(jù)路面的實時狀況來進行調(diào)節(jié)，相比于被動懸架其可以調(diào)節(jié)該懸架的剛度及阻尼，使懸架找到一個最優(yōu)的狀態(tài)來滿足舒適性及操縱穩(wěn)定性。它是在被動懸架的基礎(chǔ)上改進而來，增加用來控制調(diào)節(jié)力的裝置，通過控制系統(tǒng)對傳遞來的一系列信號進行反饋調(diào)節(jié)力的大小進而使懸架剛度及阻尼發(fā)生變化來使乘坐舒適性及操縱穩(wěn)定性同時達到最優(yōu)。

2 主動懸架系統(tǒng)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(xiàn)其功能。該力是由主動懸架發(fā)生并且需要與該車的車體的速度成正比例關(guān)系，由于在該系統(tǒng)中相比其他系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)量不多且結(jié)構(gòu)也不算復雜，更不需要多學科的交叉研究，比較容易實現(xiàn)其功能且使用起來相對快速。所以，該控制方法經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)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(yōu)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(yōu)控制，該控制方式通?？煞譃榫€性最優(yōu)控制、最優(yōu)預測控制和最優(yōu)控制，它是控制理論的核心。線性最優(yōu)控制是將復雜的車輛系統(tǒng)來通過各種方法將其盡量近似為一個線性的系統(tǒng)。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(guī)律。將一些控制理論運用到該懸架系統(tǒng)當中去，其采用受控對象的狀態(tài)響應(yīng)與控制輸入的加權(quán)二次型作為性能參數(shù)指標，來對該系統(tǒng)進行評價分析。要保證該系統(tǒng)在變化的條件下將兩個方面的控制達到最優(yōu)[1]。

最優(yōu)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(jié)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(yīng)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(tǒng)，根據(jù)此信息得出判斷，對懸架機構(gòu)的狀態(tài)進行調(diào)整。

最優(yōu)控制則是在系統(tǒng)各個方面都相對穩(wěn)定的的條件下，對于車身的擺動、輪胎的變形、車輛的車身構(gòu)造等方面存在偏差及波動的時候，使車輛的懸架進行調(diào)節(jié)達到一種最優(yōu)狀態(tài)。

2.3 自適應(yīng)控制

自適應(yīng)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(shù)，對懸架的性能及各個部件的特性進行調(diào)整，令其達到最優(yōu)狀態(tài)，滿足使用者的要求。其運用的范圍主要有兩種模型：自適應(yīng)控制和自校正控制。

2.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制

滑模變結(jié)構(gòu)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(tǒng)及非線性系統(tǒng)得到運用，便于控制，操作起來也比較簡便，能夠應(yīng)對車輛在不確定的情況下的遇到的狀態(tài)變化。

2.5 模糊控制

模糊控制系統(tǒng)相對來說大大地簡化了，車輛的懸架系統(tǒng)本來是一個較為復雜且需要參數(shù)更多的一個系統(tǒng)，可是通過模糊控制的方法不需要去建立數(shù)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(jié)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中有很多的節(jié)點作為處理控制系統(tǒng)的單元，其主要特性是有一定的對參數(shù)的自主學習能力，通過此過程來對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，有很強的適應(yīng)性。

3 結(jié)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(wěn)定性的需求。因此，需要開發(fā)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(yīng)該根據(jù)自身需求并且結(jié)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(xiàn)目標的基礎(chǔ)

參考文獻：

[1]許昭.車輛主動懸架最優(yōu)控制及懸架實驗臺研究[D].碩士論文.