车辆主动悬架控制技术的研究-杨官龙

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1、4/1唐博士学位课程考试试卷考试科目：汽车系统动力学与控制考生姓名：杨官龙考生学号：20100701023学院：机械学院专业：机械工程考生成绩：任课老师（签名）考试日期：2011年8月31H上午时至时车辆主动悬架控制技术的研究摘要主动悬架系统能使汽车乘坐舒适性和操作安全性同时得到改善，是当前汽车业的一个热点研究课题。本文着重阐述了天棚阻尼控制、PID控制、最优控制和智能控制等方法在主动悬架系统控制中的应用，总结出无论采用那种控制方法，汽车性能均有不同程度的改善。关键词：主动悬架系统，控制，汽车性能车辆行驶时，由路面不平等因素引起振动，影响乘坐舒适性和操纵稳定性，

2、甚至影响行驶速度,损坏车辆的零部件和运载的货物。同时车辆振动也是车内噪声的主要来源。为了克服这个缺陷，国外在50年代就提出了主动悬架的概念。由于主动悬架有着被动悬架无法比拟的优势，因此主动悬架的研究成为了汽车底盘控制技术的重要研究领域之一，国内外许多专家学者开展了大量的研究工作。控制技术是主动悬架设计的核心，控制策略的有效性以及相关的数据处理方案的好坏关系到主动悬架系统性能的优为。在悬架系统硬件设计不变的条件下，不同的控制策略将导致不同的控制效果。主动悬架控制理论实质上是传统控制理论、智能控制理论与汽车动力学特性研究相结合的产物。对于如何将各种控制理论及方法应用

3、到主动悬架的控制中，人们已做了大量的研究。1、天棚阻尼控制天棚阻尼控制是最早提出的一种半主动悬架控制方法。Karnopp提岀了近似实现理想“天棚”阻尼的半主动悬架控制策略，之后Margolis等人“吃提出了与天棚阻尼控制相似的开关控制（“omoff”）半主动控制策略。该方法假设在车身和天空之间有一个假想的阻尼器，该阻尼器提供的阻尼力与车身的绝对速度成正比。因此，车身的运动得到了有效的控制，而影响汽车操纵稳定性的轮胎变形则不变。由于天棚阻尼控制所需测试仪器少，控制算法简单，因而是研究较多^,也是应用较多的控制方法之一。文献［5］采用路面预探测、状态预估和滤波等环节

4、研究了一种自适应Sky-hook控制，而Tsao等利用遗传算法优化控制参数⑹。但不管是哪一种控制形式，都需要测量车身的绝对速度，而在运动中是很难获得准确的车身的绝对速度测量值，因而控制效果会大打折扣。2、PID控制由于P1D控制不需要了解被控对象的数学模型s裂只需要根据经验进行调节器参数在线调整，即可取得满意的结果，因此该方法简单、易实现，不足的是对被控对彖参数变化比较敏感。邵瑛〔⑹针对车辆悬架系统的动态特性，将现代控制理论运用于主动悬架控制，提岀一种新的控制策略一自适应模糊P1D控制，该控制策略融合了PID控制和模糊控制的优点，利用模糊控制器实现PID参数的在

5、线自整定，从而满足悬架系统时变性的要求。王春华，唐離⑴在主动悬架控制器中引入将P1D控制策略与神经网络控制策略相结合的控制方法，形成所谓的智能PID。结果表明，采用BP神经网络方法设计的控制系统具有更快的速度（实时性）、更强的适应性和更好的鲁棒性。陈翔冋等人以4自由度1/2车体主动悬架模型为研究对象，提出了一种改进的二维模糊PID制器,这样既考虑了车体的垂直方向的运动和俯仰运动，又减少了模糊控制规则数量,充分发挥了模糊控制具有的对不确定和非线性对彖的快速控制能力，提高系统鲁棒性，同时又利用P1D控制器来提高系统的稳态性能。最优控制是通过建立系统的状态方程，提出控

6、制目标和加权系数，再应用控制理论求解所设目标下的最优控制规律。应用于悬架控制的最优控制方法主要有线性最优控制、最优控制和最优预见控制三种。3.1线性最优控制线性最优控制是建立在系统较为理想模型基础上，采用受控对象的状态响应与控制输入的加权二次型作为性能指标，同时保证受控结构动态稳定性条件下实现最优控制。常见的是把LQ（LinearQuadratic线性二次型）控制理论和LQC（LinearQuadraticGaussian线性二次高斯型）控制理论应用丁•车辆悬架系统实现最优控制心⑷。3・2Hg最优控制随着近年来控制理论的发展和盛行,有些学者也将空制方法应用到了主

7、动悬架的控制设计中，汽车主动悬架的Hg控制有如下两个主要优点：a.考虑到人类对不同频率的振动的反应敏感程度不同,在人类对振动的反应敏感区（研究结果表明为4〜8Hz）内实行较大的反馈增益，从而产生较大的控制输出。b・考虑到系统数学模型的不确定性（建模的误差、乘员数变化等引起的系统参数变化等），保证系统的稳定性。主动悬架的Hs控制设计通常采用回路整形技术，其主要手段是以灵敏度函数和补灵敏度函数分别反应系统的性能品质（如振动特性）和鲁棒性，根据控制冃的,在不同频率范围内分别对灵敏度函数和补灵敏度函数给予不同程度的惩罚，从而保证希望的控制效果。杜海平隔闾将鲁棒控制方法逐

8、步应用到机械振动系统,提