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1、综述现代控制理论在汽车悬架控制中的应用现状黑龙江交通高等专科学校孙建民哈尔滨工程大学陈玉强[摘要]传统汽车悬架无法在各种行驶条件下提供良好的减振性能,应用现代控制理论保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性的研究日益完善。本文论述了最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络控制等几种以现代控制理论为核心的悬架控制技术,并作出相应的评价。叙词:控制理论悬架振动可分为独立悬架和非独立悬架两大类。如果按控制力进1引言行分类,则可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架3汽车振动是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性的种基本类型。3种悬架的简化模型如图1所示。重要因素。汽车减振主要使用悬
2、架系统,它一般由弹性元件和阻尼元件构成,用以缓冲和吸收因路面不平而产生的激振力,同时承受汽车转向时产生的侧倾力。而二者在汽车设计中是矛盾的,基于经典隔振理论的传统悬架系统难以同时满足这种要求。在70年代,工业发达国家已经开始研究基于振动[1]主动控制的主动、半主动悬架系统。这种悬架系统是典型的非线性机、电、液一体化动力系统。近年来,随着电子技术、测控技术、机械动力学等学科的快速发展,使图13种振动控制的悬架系统简化模型汽车悬架系统由传统被动隔振发展到振动主动控制。特1.传感器2.可调减振器3.力发生器别是对最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络M——簧上
3、质量K——弹簧刚度C——减振器阻尼等现代控制技术的研究,已开始应用于汽车悬架系统的振动控制,使悬架系统振动控制技术在现代控制理论指2.1被动悬架导下更趋完善。汽车绝大多数装有由弹簧和减振器组成的机械式随着汽车结构和功能的不断改进和完善,研究汽车悬架。其简化模型如图1(a)所示,弹簧主要用来支承簧振动,设计新型悬架系统,将振动控制到最低水平是提上质量的静载荷,而减振器主要用于控制响应特性,由高汽车质量的重要措施。于阻力和簧上质量相对于地面的速度有关,因此,在一个振动循环中,悬架系统便会消耗振动系统的能量起到[2]减振的作用。2悬架系统的发展这种悬架系统的阻尼和刚
4、度参数一般是通过经验设计或优化设计方法来选择。在汽车行驶过程中就无法根据现代汽车对悬架提出的各种性能要求,悬架的随外部状态变化而变化。汽车悬架应满足两个方面的要结构形式和振动控制方法随时在更新和完善。悬架的结求,一方面为提高转弯、制动等操纵过程的稳定性,要求构形式很多,分类方法也不尽相同。按导向机构的形式,2000年第5期·19·综述悬架应具有高阻尼系数;另一方面为隔开随机路面不平动;当路面激励频率适中(2～7Hz)时,主要由滑阀的机对汽车的扰动,提高乘坐舒适性,要求悬架应具有低阻械反馈功能对油压缸内的油压进行伺服控制,从而进行尼系数。由于参数不能任意选择和调
5、节,限制了被动悬车体减振;当激励频率较高(7Hz以上)时,则利用与油[6]架系统性能的进一步提高。压缸连通的气体弹簧室吸收振动能量而达到减振。2.2半主动悬架半主动悬架的研究工作始于1973年,由D.A.[3]Crosby和D.C.Karnopp首先提出。其简化模型如图1(b)所示,它由可变特性的弹簧和减振器组成。其基本工作原理是:根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号,按照一定的控制规律调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力。半主动悬架在产生力的方面近似于被动悬架,但是半主动悬架的阻尼系数或刚度系数是可变的。通常,主要以改变减振器的阻尼力为主,
6、将阻尼分图2油气式主动悬架系统为两、三级,可由人工选择或根据传感器信号自动确定1.油泵2.滑阀3.控制阀4.针阀5.线圈阻尼级。1984年日产公司研制出一种声纳半主动悬架,6.加速度传感器7.油压缸8.气体弹簧室它能通过声纳装置预测前方路面信息,及时调整悬架减但是主动悬架的商品化存在严重困难,一是硬件价[4]振器的3种状态。格昂贵;二是能量消耗过大,目前仅用于排量较大的高通过改变弹簧刚度构成的半主动悬架由Hubbard档车型。随着控制技术的发展,减少功率消耗、提高控制[5]等人于1976年提出,弹簧刚度的改变是通过切换空系统的集成化是主动悬架研究的主要任务。气
7、弹簧实现的。与机械弹簧相比,空气弹簧有更多的优势。因此国外早在80年代就已将空气弹簧悬架应用于各种车辆。3悬架控制技术及应用现状2.3主动悬架目前,汽车悬架已进入到利用微处理器进行控制的通过输入外部能量使控制机构给悬架系统施加一时代,运用较优的控制方法,得到高性能的减振效果,且定控制力的振动控制称为主动控制。主动控制悬架的最使能耗尽可能的低是汽车悬架发展的主要方向。初装置是由AP公司基于气液悬架发展的一种机械系汽车悬架振动控制系统大多由传感器拾取车身绝统。现代汽车主动控制悬架简化模型如图1(c)所示,它对速度、车身对车轮的相对速度、车身的加速度等信号,由弹性元
8、件和一个力发生器组成。力发生器的作用是
