淺析汽車底盤主動懸架控制方法

吳建林

摘 要：本文對于汽車底盤懸架主動控制系統(tǒng)的一些基本的類型以及其特點分別進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，然后對它們最近的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用情況分別作了簡要的分析和介紹。最后本文重點通過分析和系統(tǒng)地討論了主動控制系統(tǒng)懸架在汽車系統(tǒng)中經(jīng)常需要用到的幾種底盤懸架控制的手段，希望讀者可以對其起到一定可以借鑒的作用。

關(guān)鍵詞：懸架系統(tǒng);主動控制;汽車底盤

0 引言

實際上汽車主動懸架各方面的性能會對于汽車的行駛操縱的穩(wěn)定性、行駛的平順性以及車輛行駛的速度等等產(chǎn)生非常重要的影響。在我們的日常生活中，汽車的行駛速度與汽車操縱的穩(wěn)定性行駛的平順性車輛懸架不能做到很好的平衡，并且在人們宏觀的感受上往往是相互矛盾，對于汽車懸架這樣的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)沒有辦法很好地解決這個復(fù)雜問題。但是隨著汽車測控系統(tǒng)技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械動力學(xué)等這些重要應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)飛速發(fā)展，汽車主動懸架的系統(tǒng)也慢慢地發(fā)展起來并且發(fā)展比較迅速。本文對汽車底盤主動懸架的控制系統(tǒng)和方法的問題進(jìn)行了一定的分析和深入研究。

1 汽車懸架系統(tǒng)的控制方法

現(xiàn)階段，汽車底盤主要是通過使用先進(jìn)的微處理器技術(shù)來控制各種汽車的懸架，使用優(yōu)良的控制方法。應(yīng)用于汽車懸架的控制系統(tǒng)一般的情況下都主要是通過利用各種相關(guān)的振動傳感器技術(shù)來實時獲得整個車身的絕對速度、車身的相對于整個車輪的相對旋轉(zhuǎn)速度以及相對于車身的加速度等。這些振動控制數(shù)據(jù)的信息，通過系統(tǒng)中的計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理之后發(fā)出相對應(yīng)的振動控制指令，從而對減振器實現(xiàn)了控制。由系統(tǒng)中的振動控制電機(jī)或者系統(tǒng)中的傳感器來執(zhí)行對于減振器的阻尼控制力或者減振器的阻尼控制系數(shù)分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.1 隨機(jī)最優(yōu)控制

隨著我國現(xiàn)代主動控制技術(shù)和理論的廣泛應(yīng)用，提出了主動懸架隨機(jī)最優(yōu)控制的方法。主動架最優(yōu)控制的設(shè)計目標(biāo)主要是為了提高自動駕駛汽車的平順性和車輛的操縱穩(wěn)走性，反映在主動架的物理設(shè)計量上就是為了提高懸架的接地性，限制懸架的動撓度，同時還要相應(yīng)地降低對主動架控制系統(tǒng)能量的要求和消耗。這種隨機(jī)最優(yōu)控制的方法，通過建立系統(tǒng)的狀態(tài)控制方程式提出的控制目標(biāo)及其加權(quán)控制系數(shù)，來進(jìn)行汽車底盤主動懸架控制。與傳統(tǒng)的天棚阻尼器等隨機(jī)控制方式的應(yīng)用相比，由于最優(yōu)控制考慮了對系統(tǒng)中其他更多變量的控制和影響，因而隨機(jī)最優(yōu)控制的效果更好。而且，現(xiàn)代主動架控制方式的廣泛應(yīng)用，主要是在系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計方面可以做一些小的改善，并不明顯地增加系統(tǒng)的難度和復(fù)雜性。

1.2 預(yù)見控制

預(yù)見和超前控制主要是前后四輪懸架的運(yùn)動協(xié)調(diào)控制，當(dāng)汽車系統(tǒng)在行駛中遇到較大或突變的干擾時，由于傳感器能量控制力供應(yīng)的峰值和傳感器元件質(zhì)量響應(yīng)速度的較大限制，系統(tǒng)很可能無法準(zhǔn)確地輸出系統(tǒng)所需的狀態(tài)和控制力。而汽車的預(yù)見和超前控制，由于通過某種控制方法可以提前地檢測得到前方車輛和道路的控制力狀態(tài)變化，使得系統(tǒng)游刃有余地及時采取了相應(yīng)地控制措施。它的基本控制方法主要有以下兩類：一種方法是將控制前輪懸架的運(yùn)動狀態(tài)和控制力信息直接作為控制后輪懸架傳動器前饋的信息;第二種方法是對四輪全進(jìn)行了預(yù)見和超前控制，由于超前控制預(yù)測了汽車的路面控制力輸入，因而使汽車系統(tǒng)的控制性能可以有較大幅度的改善和提高。從系統(tǒng)控制理論上角度來看，這種控制系統(tǒng)的效應(yīng)能使車取得最為理想的控制效果，但是還需要在車上設(shè)置特殊的傳感器。

1.3 自適應(yīng)控制

這種自適應(yīng)策略對于車輛的參數(shù)以及路面?zhèn)鞲衅鬏斎氲淖兓歼M(jìn)行了綜合的考慮，從而實時自動調(diào)整受控對象反饋的參數(shù)。目前汽車懸架自動控制系統(tǒng)中可以應(yīng)用自校正和自適應(yīng)控制的方法。所謂自校正適應(yīng)控制就是把自校正控制器的參數(shù)整定和受控對象自身振動參數(shù)的在線自動識別控制相結(jié)合。所謂模型參考自適應(yīng)控制就是指在受控車輛自身振動參數(shù)的狀態(tài)或者是外界環(huán)境激勵的條件參數(shù)出現(xiàn)了變化的情況時候，被控車輛其他系統(tǒng)的振動參數(shù)輸出還可以實時跟蹤所選定的參考模型。實際上只用自校正和適應(yīng)控制之后車輛的自動行駛控制特性已經(jīng)得到了較好的發(fā)揮和改善，該種控制方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了德國大眾的汽車底盤中，相信不久的將來該種方法應(yīng)用范圍也會越來越廣泛。

1.4 最優(yōu)控制

在汽車底盤懸架控制系統(tǒng)設(shè)計和建模的過程中線性最優(yōu)控制的方法往往忽視了各個高階系統(tǒng)動態(tài)的環(huán)節(jié)，比如輪胎、車架的各個高階模態(tài)以及動力傳感器、減振器的各種動態(tài)特性等，由于所需要獲得的性能和控制參數(shù)都是計算出來的，所以只對理想的系統(tǒng)進(jìn)行控制才可以用來確保系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的懸架性能。如果一個系統(tǒng)的參數(shù)出現(xiàn)了一定的周期性變化之后，那么系統(tǒng)就可能會開始出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，控制參數(shù)無法準(zhǔn)確使系統(tǒng)的性能指標(biāo)最好，甚至有的會在這個時候開始惡化系統(tǒng)懸架的性能。懸架控制系統(tǒng)實際的情況下往往是包含了一系列不確定影響因素的，包括時變、非線性、高階模態(tài)和動力的懸架控制系統(tǒng)，用反饋系統(tǒng)很難準(zhǔn)確地獲得系統(tǒng)預(yù)定的懸架性能。這就導(dǎo)致了使得最優(yōu)控制的方法很少被廣泛地應(yīng)用在主動懸架控制的系統(tǒng)當(dāng)中。

1.5 模糊控制

模糊控制方法是一種非線性的控制，從屬于汽車系統(tǒng)智能控制的技術(shù)范疇，但是模糊控制器的穩(wěn)定性在實施系統(tǒng)的模擬傳感器和過程控制時所進(jìn)行的測試，還沒有統(tǒng)一的傳感器和標(biāo)準(zhǔn)控制方法來判斷它的穩(wěn)定性;如果模糊控制輪胎的性能已經(jīng)發(fā)生了顯著的改變那么就可能會直接造成模糊控制的結(jié)果發(fā)生顯著的變化;此外控制的效果還是受到了路面的狀況以及其他的環(huán)境和條件的直接影響。所以，在主動懸架控制的行車系統(tǒng)當(dāng)中模糊控制方法的廣泛應(yīng)用還無法從傳統(tǒng)控制理論的層面對其控制效果進(jìn)行準(zhǔn)確性的判定，我們只可以通過系統(tǒng)實測的數(shù)據(jù)來對其控制效果進(jìn)行準(zhǔn)確性的判定。

2 結(jié)束語

就目前而言，汽車主動懸架的研制及其產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)受到社會各界的廣泛關(guān)注。目前已經(jīng)進(jìn)入了商品化這一階段，但是在實際的應(yīng)用過程中還是存在很多的問題，比如說耐久性、溫升以及穩(wěn)定性等這些問題還需要對其進(jìn)行更多的研究。

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