主动悬架系统 主动悬架是用一个有自身能源的力发生器来代替被动悬架中的弹簧和减振器。根据作动器响应带宽的不同，主动悬架又分为宽带主动悬架和有限带宽主动悬架，也被叫做全主动悬 架和慢主动悬架。 全主动悬架系统所采用的作动器具有较宽的响应频带，以便对车轮的高频共振也加以控制。作动器多采用电液或液气伺服系统，控制带宽一般应至少覆盖0～15Hz，有的作动器响应带宽甚至高达100Hz。结构示意图见上图。从减少能量消耗的角度考虑，也可保留一个与作动器并联的传统弹簧，以用来支持车身静载。 主动悬架的一个重要特点就是，它要求作动器所产生的力能够很好地跟踪任何力控制信号。因此，它为控制律的选择提供了一个广泛的设计空间，即如何确定控制律以使系统能够让车辆达到最佳的总体性能。近二十年来，有大量关于主动悬架的研究论文及专题回顾文献发表。研究结果表明，主动悬架能够在不同路面情况及行驶条件下显著地提高车辆性能。 主动悬架的研制工作起始于八十年代。Lotus 制造了第一辆装有主动悬架的样车。其系统的响应可达30Hz，它可使乘坐舒适性和转弯及制动时的车身姿态控制提高约35%。还有一些主动悬架实施的例子，如Lotus Turbo Esprit、Damlar Benz的试验样机系统、BMW 和Ford等。然而，由于这些主动悬架系统具有的高成本、高能耗、增加的重量及复杂程度，使主动悬架仅限于样车及一些赛车等有限的应用上。 结构上，有限带宽主动悬架通常由作动器与一个普通弹簧串联后，再与一个被动阻尼器并联构成，见上图。这种系统在低频时（一般小于5或6赫兹）采用主动控制，而高于这个频率时，控制阀不再响应，系统特性相当于传统的被动悬架，而被动悬架在高频时的效果也 比较好。 由于有限带宽主动悬架作动器仅需在一窄带频率范围内工作，所以它降低了系统的成本及复杂程度，比全主动悬架便宜得多。尽管如此，它的主动控制仍然覆盖了主要的车身振动，包括纵向、俯仰、侧倾以及转向控制等要求的频率范围，改善了车身共振频率附近的行驶性能，提高了对车身姿态的控制，性能可达到与全主动系统很接近的程度。 就实用性及商业竞争力而言，有限带宽主动悬架的应用前景较好。专家普遍认为采用气液控制慢主动系统在商用领域最有发展前途，但若想在今后几年内有重大的发展，还得要求在电液阀技术方面有大的突破来降低成本。已有一些装有该类悬架的车辆投入市场，如Nissan Infiniti Q45和Toyato Celica等。两个有限带宽主动悬架系统实施方案见下图。
基于LQR控制的主动悬架优化设计 摘要：根据汽车行驶性能的要求，本文以1/4 车辆模型为例，建立汽车的动力学模型，利用线性二次最优控制理论对主动悬架的LQG 控制器进行设计，并运用MATLAB/simulink对汽车动力学模型进行仿真。结果表明: 具有LQG 控制器的主动悬架对车辆行驶平稳性和乘坐舒适性的改善有良好效果。 关键词：主动悬架；被动悬架；LQG控制器引言 悬架系统是汽车的重要部件, 对于汽车的平顺性、操稳性和安全性都 有着重要的影响, 而主动悬架是悬架发展的必然方向。控制器的设计对 于主动悬架性能的发挥起着重要的作用, 本文中以1/4 汽车主动悬架为 研究对象, 建立汽车动力学模型和设计LQG控制器算法, 应用 Matlab/Simulink 进行汽车系统的控制仿真。 1 基于线性二自由度汽车模型的建立 1.1 被动悬架系统的建立 车辆悬架系统是一个多输入多数徐彤，为了研究的方便性以及更好地 与车辆行驶的情况相吻合，文本一1/4 车辆模型为研究对象，车辆模型如 图1 所示。 图1 ：被动悬架车辆1/4 模型 根据图1 所示，建立一个被动悬架车辆1/4 模型，首先建立运动微分方程： m b x b K s(x b x w ) C s(x b x w ) m w x w K t (x w x g) K s(x b x w) C s(x b x w)
整理得： x b C s xb ss s x w s x b s s x m b m b m b C s K s K s K t x b s x b s x b s t x b m w m w m w 1) 式中： C s 为悬架阻尼， K s 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： U x g 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： X AX BU C s C s K s K s m b m b m b m b K t C s C s K s K s K s A B m w m w m w m w m w 1 0 0 0 1 x w x g x b x w ]T 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式， 即： Y CX DU 其中： Cs Cs Ks Ks 0 m b m b m b m b D1 C0 0 0 1 1 1 1.2 被动悬架系统的 建立 m b C s 其中， A 为状态矩阵， B 为输入矩阵，其值如 下： 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即：
XX大学 现代控制理论 ——汽车半主动悬架系统的建模与分析 姓名：XXX 学号：XXXX 专业：XXXX
一． 课题背景 汽车的振动控制是汽车设计的一个重要研究内容，涉及到汽车的平顺性和操纵稳定性。悬架系统是汽车振动系统的一个重要子系统，其振动传递特性对汽车性能有很大影响。因此设计性能良好的悬架系统以减少路面激励的振动传递，从而提高汽车的平顺性和操纵稳定性是汽车振动控制研究的重要课题。 悬架系统是汽车车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支撑系统，用于支撑车身，改善乘坐舒适度。而半主动悬架是悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节控制的悬架。 目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构，通过传感器检测到汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度，由ECU 根据控制策略发出脉冲控制信号实现对减振器阻尼系数的有级可调和无级可调。 二． 系统建模与分析 1.1 半主动悬架系统的力学模型 以二自由度 1/4半主动悬架模型为例，并对系统作如下假设： (1) 悬挂质量与非悬挂质量均为刚体； (2) 悬架系统具有线性刚度和阻尼； (3) 悬架在工作过程中不与缓冲块碰撞； (4) 轮胎具有线性刚度，且在汽车行驶过程中始终与地面接触。 综上，我们将该系统等效为两个质量块M ，m ；两个弹簧系统Ks ，Kt ；一个可调阻尼器（包含一个常规 阻尼器Cs 和一个变化阻尼力F ），如图1所示。 图1 系统力学模型 1.2 半主动悬架系统的数学模型 由减振器的简化模型得:N S =-+F C V F 对m 进行分析：()211201122()t s s d z dz dz m K z z K z z C F dt dt dt ?? =------ ??? 即：()()1011212()t s s mz K z z K z z C z z F =------ 对M 进行分析：2212122 ()s s d z dz dz M K z z C F dt dt dt ?? =-+-+ ??? 即：()()21212s s Mz K z z C z z F =-+-+
目录 一 : 主动悬架简介 二：电子技术控制 三：主动控制技术——三类典型的液力主动控制系统。 1）A类由 Lotus(莲花 )公司开发 2）B类由 AP公司发展的气液悬架 3）C类液力主动控制系统由 Nissan公司开发四：主动悬架的最优控制方法 五：智能控制系统 六：作动器－蓄能式减震器 七：主动式液压悬架 八：主动式空气悬架 九：电机蓄能式主动悬架 十：双重控制空气悬架系统－奔驰公司研发
一：主动悬架 汽车的主动悬架系统是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置，由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。主动悬架能够根据汽车的运动状态和路面状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使悬架系统处于最佳减振状态，使车辆在各种路面状况下都会有良好的舒适性。主动悬架的关键部位是其执行机构，也就是可以调节的悬架阻尼系统。 主动悬架有作为直接力发生器的动作器，可以根据输入与输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好的减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。主动悬架的一个重要特点就是，它要求作动器所产生的力能够很好地跟踪任何力控制信号。因此，它为控制律的选择提供了一个广泛的设计空间，即如何确定控制律以使系统能够让车辆达到最佳的总体性能。 针对悬架系统的非线性特点，研究适宜的悬架系统电控技术是汽车悬架系统振动性能改进的方向。悬架位于车身与轮胎之间，对车辆的运动性能、乘坐舒适性有重大的影响。按照路面行驶工况最优控制，悬架性能以确保车辆行驶性能与乘坐舒适性，电子控制悬架将进一步向高性能方向发展。作为实现这种对悬架的优化控制的方式之一，是利用“预知传感器”进行预知控制的“预知控制悬架” 二：电子控制技术 电子技术控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、路况预测）传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。系统的控制功能通常有以下三个： 1）车高调整：当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少空气助
基于LQR 控制的主动悬架优化设计 摘要：根据汽车行驶性能的要求，本文以1/4车辆模型为例，建立汽车的动力 学模型，利用线性二次最优控制理论对主动悬架的LQG 控制器进行设计，并运用MATLAB/simulink 对汽车动力学模型进行仿真。结果表明: 具有 LQG 控制器的主动悬架对车辆行驶 平稳性和乘坐舒适性的改善有良好效果。 关键词：主动悬架；被动悬架；LQG 控制器 引言 悬架系统是汽车的重要部件, 对于汽车的平顺性、操稳性和 安全性都有着重要的影响, 而主动悬架是悬架发展的必然方向。控制器的设计对于主动悬架性能的发挥起着重要的作用, 本文中以1/4汽车主动悬架为研究对象,建立汽车动力学模型和设计LQG 控制器算法,应用Matlab/Simulink 进行汽车系统的控制仿真。 1 基于线性二自由度汽车模型的建立 1.1 被动悬架系统的建立 车辆悬架系统是一个多输入多数徐彤，为了研究的方便性以及更好地与车辆行驶的情况相吻合，文本一1/4车辆模型为研究对象，车辆模型如图1所示。 图1：被动悬架车辆1/4模型 根据图1所示，建立一个被动悬架车辆1/4模型，首先建立运动微分方程： ()()()()()b b s b w s b w w w t w g s b w s b w m x K x x C x x m x K x x K x x C x x =----???=--+-+-??
整理得： ??? ? ?? ?+--+-+-+-=-+-+-+-=g w t b w t s b w s b w s b w s w b b s b b s w b s b s b x m K x m K K x m K x m C x m C x x m K x m K x m C xb m C x （1） 式中：s C 为悬架阻尼，s K 为悬架刚度。 选取状态变量和输入向量为： []w b w b x x x x X = g x U = 则可将系统运动方程及路面激励写成状态空间矩阵形式，即： BU AX X += 其中，A 为状态矩阵，B 为输入矩阵，其值如下： ?????? ?? ? ?????????---- -= 00 1 001w s s w s w s w s b s b s b s b s m K K m K m C m C m K m K m C m C A ???? ?? ????????=000w t m K B 将车身加速度、轮胎动变形、悬架动行程作为性能指标，即： T w b g w b x x x x x Y ][--= 将性能指标项写为状态变量以及输入信号的线性组合形式，即： DU CX Y += 其中： ??? ?? ? ? ???????---=11001000b b b b m Ks m Ks m Cs m Cs C ???? ? ?????-=010D 1.2 被动悬架系统的建立 如图2所示，
主动悬架系统的阻抗控制 摘要：新的控制系统的开发是为了让汽车的动态行为能适应道路状况的干扰。本文的创新之处就是将阻抗控制系统应用到了装有液压传动装置的汽车的主动悬架系统中。乘客的舒适度和车辆的配适之间的关系可以由阻抗参数导出。阻抗控制的方法很简单，无模型并且可以应用到广泛的道路状况中包括平坦的道路。系统的稳定性已经分析过，然后用一个四分之一车模型悬挂系统和液压执行器非线性模型来模拟控制系统。 关键词：主动悬架系统反馈线性化阻抗控制 一、介绍 被动悬架系统的目的是维护2个预期目标，即：车辆的平稳和乘客的舒适。这个设计性的问题提出就是为这两个彼此相反的目标提供一个平衡。被动悬架系统不能适应它在道路条件上路宽的改变。然而，这些都可以通过主动悬架系统来控制车辆的垂直加速度来改变。它包括在有弹簧作用跟没弹簧作用的车身与车桥之间加一个力产生装置。主动悬架系统已经高度参考了各种文献名著。到目前为止，许多的控制方法比如H1控制，滑动控制，最有控制，模糊控制，主动控制，无模型控制和自适应模糊滑膜控制都应用到了主动悬架系统中。然而，阻抗控制还没有被应用到汽车的悬架系统中。悬架系统的行为就像机械阻抗。因此表明了将阻抗控制应用到主动悬架系统中。 在机械方面，阻抗控制用来调节在与环境控制的机器人动力学上。阻抗控制使机器人成为了一个由大规模，阻尼器，还有弹簧组成的机械装置。有些报告提出了对由阻抗控制其动态行为的机器人的想法。比如，为了提供一个合适的夹紧装置，夹具都是为了表现基于阻抗控制的机器人任务。阻抗控制计算方法被应用
到了非对角刚度的机器人臂上。模糊阻抗控制的目的是执行快速机器人任务。而阻抗控制被应用到了诸如机器人的控制任务等方面。 智能弹簧是为了将阻抗控制应用到旋翼震动抑制而研发的。因此阻抗控制的算法也就随着通过对单个叶片的控制来抑制转子的震动而产生。智能弹簧就像质量弹簧系统致力于由压电陶瓷驱动器的震动结构。执行器在它所工作的为止调节摩擦力。据报道，智能弹簧可以用来控制动态阻抗特性等结构的刚度，阻尼，有效质量。但是，没个有潜在应用价值的智能弹簧的概念都需要优化其设计参数，即以结构参数为基础的刚度和质量。 在我们的认知里，阻抗控制还没有被应用到车辆的被动悬架系统中。在本文中，阻抗控制通过液压执行机构被应用到了汽车悬架系统里。这个方法同智能弹簧的那个方法相比有很多的优点。 1、它可以配合不同的道路状况，这是智能弹簧所不能比拟的，因为它的质量跟刚度都是根据这些路况设计的。 2、该方法相对于智能弹簧的方法比较容易实施。 3、液压执行器更具有操作性，因为智能弹簧为了适应结构必须要控制摩擦力。低重复时摩擦显示了一个复杂的特征。 本文的组织如下。第二部分基于一个四分之一悬架系统和电动液压执行机构介绍了系统的动力学。控制系统是在第三部分设计的，是由两个内部控制回路，即力量控制和位置控制。第四部分应用反馈线性化制定了液压传动装置的力控制。第五部分介绍了阻抗的规则并且为阻抗参数的选择做了分析。为了表现控制
车辆主动悬架的控制研究 悬架就是汽车的重要装置之一,它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统,对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前,汽车上普遍采用的就是弹性元件与减震器组成的常规悬架,从控制力学的角度,将这种悬架称为被动悬架。实践与研究结果都表明,常规悬架受到许多限制,即使采用优化方法来设计也只就是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制,在汽车中采用与发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制,使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点就是能够主动提供能量,与传统被动悬架相比,其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3、3所示,图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为: ?????---==)(01..11..22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架,且为了便 于与被动悬架的比较分析,选取与被动悬架模型 相同的输入信号,路面激励仍为选白噪声)(t ω, 根据微分方程组(1),建立如下所示的状态方程与 输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 (2) 式中: ??????????????--=0001000000010101m k A t ;????????????????-=121010m m B ;????????????=0100D ; ??????????=010*********C ;??????????????=0012m E 汽车悬架可认为就是一种连续线性的随机最优控制系统,由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标就是二次函数积分型的调节器问题,外界干扰就是高斯白噪声,综合性能指标为: dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞+=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器,问题仍就是寻找最优控制)(t u ,使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一就是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应,计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中,为提高汽车的操纵稳定性与行驶平顺性,应使簧载质量垂直加速度、悬架
主动悬架LQG最优控制设计 吕福麟 113085234379 摘要：根据汽车行驶性能的要求，建立二自由度的1/4汽车动力学模型，利用最优控制理论对主动悬架的LQG（Linear Quadratic Gaussian）控制器进行设计，运用MATLAB/simulink对模型仿真，对比主动悬架与被动悬架在控制效果上的差别。仿真结果表明，具有LQG控制器的主动悬架可以明显的提高汽车行驶的操稳性能。 关键词：主动悬架；LQG控制器；MATLAB/simulink；仿真结果ABSTRACT：According to the requirement of the vehicle driving performance,a 2-degree-of-freedoms 1/4 car dynamic model was build.LQG(Linear Quadratic Gaussian) controller for active suspension was designed with the optimal control law,MATLAB/simulink was used to simulation the model,compared the difference of control performance with active suspension and passive suspension.The result of simulation show that it could improve the car driving handling and stability with LQG controller. Key Words:active suspension,LQG controller,MATLAB/simulink,simulation result 1前言 传统的悬架主要由弹性元件、减震器和导向装置组成，他们的阻尼和刚度已经确定就不便于调节，而且只能在特定的路面激励和特定的车速下才能达到最优控制，灵活性较差。不能满足人们对驾驶舒适性和操纵稳定性的要求。为了解决这个问题，主动悬架控制渐渐得到发展，他与被动悬架的主要区别在于可以根据不同路面激励和行驶状况，自行调节车辆的动态，从而满足人们对行驶的要求。本问就是在此基础之上研究主动悬架的最优控制。 2 2自由度1/4车辆模型的建立
目录 1引言1 2汽车悬架系统的类型和应用1 2.1被动悬架1 2.2主动悬架2 2.3半主动悬架2 3主动悬架控制系统国内外研究现状2 4汽车悬架的控制策略3 4.1天棚阻尼与开关阻尼控制3 4.2随机线性二次最优控制3 4.3模糊控制4 4.4神经网络控制4 4.5预测控制4 4.6滑模变结构控制5 4.7复合控制5 5控制方法的展望5 5.1注重控制策略的综合运用5 5.2注重汽车其他系统与主动悬架系统的联合控制研究5 5.3注重悬架系统模型的降阶研究6 6结论6 参考文献：6
汽车主动（半主动）悬架控制系统的 研究发展 1引言 汽车主动悬架目前是国内外研究的热点问题，研究的关键技术主要在控制策略的选择上及执行器的研发方面。国外由于成本问题，一些油气主动悬架也仅限用在一些高级轿车上，国内在此方面还处在研发及试验阶段，离主动悬架系统普遍使用在轿车上的时代还较远。 2汽车悬架系统的类型和应用 悬架是车架与车桥之间一切传力装置的总称，它的主要功用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺行驶。衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性; 即乘坐舒适性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求。由于被动悬架的刚度和阻尼系数是固定的，无法根据不同的使用要求自适应地改变，在结构设计上只能是满足平顺性和操纵稳定性之间矛盾的折衷。 为服这个缺陷，国外在五十年代提出了“主动悬架”的概念。主动悬架的特点是能根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。主动悬架包控制单元和力发生器，力发生器的作用下使悬架的特性得到控制，如同改变了悬架的刚度和阻尼系数，其中最关键的是控制算法的优劣。 2.1被动悬架 被动悬架, 由弹性元件和不可变参数的减振器组成, 只能在特定工况下达到最优, 缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性。被动悬架是传统的机械结构，由弹簧、减震器和导向机构组成。被动悬架的刚度和阻尼系数均不可调，只能在特定的工况下达到最优减振效果，存在明显的共振峰，难以同时获得良好的乘坐舒适性和操纵稳定性，缺乏灵活性。但被动悬架因结构简单、设计容易和制造方便，且无须额外的能量输入，目前在中低档轿车上应用最为广泛[1]。为了进一步改善被动悬架的减振效果,满足现代汽车对悬架提出的更高的性能要求，在桑塔纳、夏利和赛欧等轿车上加强了通过优化寻找最优悬架参数和对悬架导向机构的研究，采用了带有横向稳定杆的多连杆机构悬架系统，在一定程度上改善了被动悬架减振效果。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910301366.5 (22)申请日 2019.04.15 (71)申请人 四川轻化工大学 地址 643000 四川省自贡市自流井区汇兴 路519号四川轻化工大学第三实验楼 415室 (72)发明人 何平 范焘 王奎洋 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 马超前 (51)Int.Cl. B60G 17/015(2006.01) G06F 17/50(2006.01) (54)发明名称 一种汽车主动悬挂系统控制方法 (57)摘要 本发明提供一种汽车主动悬挂系统控制方 法，包括以下步骤：建立汽车轮子的主动悬架系 统模型，根据模型建立车辆主动悬架系统的动力 学微分方程，并求出车辆主动悬挂系统的状态空 间方程，考虑系统的不确定性，设计有扰动条件 下主动悬架系统控制器，并代入仿真系统中仿真 测试，验证所设计的控制器的性能。本发明考虑 了系统参数不确定、执行器延迟、路面不平扰动 和传感器测量输出扰动等全部四种因素情况下 的输出反馈的H∞控制器，实现了对主动悬架系 统的控制， 该控制器具有更广泛的适应性。权利要求书2页 说明书6页 附图6页CN 110077191 A 2019.08.02 C N 110077191 A
1.一种汽车主动悬挂系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1.建立汽车轮子的主动悬架系统模型 其中m u 表示簧下质量，m s 是簧上质量；z r 表示公路的输入位移，z u 和z s 分别代表簧下质量和簧上质量的位移；u(t -h(t))代表时变时滞为h(t)的主动悬架系统的控制输入；k s 和c s 分别表示悬架系统的刚度和阻尼；k t 和c t 分别表示汽车轮胎的刚度和阻尼；根据系统模型和牛顿第二运动定律， 建立车辆主动悬架系统模型的动力学微分方程如下： 步骤2.根据步骤1中模型建立主动悬架系统的动力学微分方程，并求出车辆主动悬挂系统的状态空间方程； 由步骤1中建立的车辆主动悬架系统模型的动力学微分方程：h(t)满足如下条件： 其中h *和ρh 是正实数； 令状态向量 控制输出向量 测量输出向量 考虑执行机构输入延迟，系统参数不确定性，里面输入扰动和测量输出扰动，由公式(1)车 辆主动悬挂系统可以用以下状态空间方程描述：其中，是路面输入扰动，w 2(t)是由传感器产生的测量输出扰动， 且 权 利 要 求 书1/2页2CN 110077191 A
汽车系统半主动减振器的仿真设计 摘要：本文阐述了卡车半主动悬架的设计与使用。半主动悬架设计的主要目的是为了减小路面影响。通过仿真和参数优化设计了半主动减振器的反馈控制规则。通过仿真试验预测的效果在实车上得到了验证。一辆是卡车试验台，一辆是半拖车拖拉机。仿真实验和实际测量值表明半主动阻尼是实现高路面适应性车辆的一个重要思路。 关键词：半主动悬架半主动阻尼卡车悬架路面破坏路面保护车辆 介绍： 电子控制的汽车悬架，尤其是主动与半主动阻尼器的研究已经开展了很长时间了。主动悬架的主要目的就是提高车辆行驶的舒适性。然而，却忽略了汽车悬架的其他工作情况指标，比如，轮胎－路面动载荷、轮胎－桥和轮胎－土壤等其他工况下的动载荷。 路面网络的维护工作对路面主管机构是一项费用很高的工作。而且，受损路面会对车辆和路面自身造成损伤。每个欧洲国家花数十亿欧元修理维护公路系统，维修费用占全部公路费用的40％～80％，约占国民生产总值的0.4％。 尽管我们尚未对路面损伤的机制有清楚的了解。但有一点我们可以证实，即路面损伤很大程度上由重型车辆交通所致，当然还有一些其他的影响因素，如路面结构、气候、环境影响等。人们研究所有这些因素对路面的影响已经多年了。车辆对路面的破坏是由轮胎与路面的作用力所致[8]。计算结果表明，一辆满载卡车对路面的破坏程度是一辆客车的10000倍。目前，国家标准只对轮胎－路面的静力作了限制。然而，最近的DIVINE和SADTS项目研究表明，轮胎－路面的动载荷部分对路面和桥梁的破坏更大。 伴随着价格低廉、功能强大的电子元件和作动器技术，人们对设计要求的提高促使了可控悬架的广泛研究。很多情况下，半主动作动器取代了全主动。半主动悬架不可能取得像全主动悬架一样的性能提高，但是，它具有实用和价格优势。 1.1 半主动阻尼： 半主动悬架因为其与主动悬架相比有很多的优点而倍受推崇，尤其是它相对于现有系统应用方便，而且能耗低。半主动系统中的一个代表就是半主动阻尼器（SAD），它可以根据一些输入信号（通常是电信号）来调节阻尼比。 半主动悬架不需要昂贵、笨重的元件，比如液压泵、储能器、液压管路和作动器等，而仅仅只需要一个可调的半主动阻尼器。这些半主动系统不能像全主动作动器一样提供相同的力规则；然而，其效果则非常接近于全主动悬架，并且能节省很大的作动能量。在许多应用中，当前的被动阻尼器很可能被半主动取代，这些可以通过可控孔口和电流变流液或磁流变流液实现。 变阻尼孔半主动阻尼器就是通过在原有被动液压阀上增加一个可变阀孔的螺旋阀，其阻尼比的变化液依赖于螺旋阀的输入电流。 研究的阻尼比连续可变的半主动阻尼器Mannesmanm Sachs CDCN 50/55。所需输入电流的变化范围为0.6A～2A。0.6A反映了最小阻尼曲线，而2A对应了最大阻尼曲线。半主动阻尼器结构拥有先进的失效安全功能：当输入电流为0时，比如外部线路断了，阻尼值自动设置为中间值。所谓的失效－安全保障特性参见图1。 由图1，很明显，半主动阻尼器有一个很有限的动作区域，最大阻尼曲线和最小阻尼曲线限定在第一和第三象限。控制单元将所需的输入力转化为可以实现的作用力，这个例在特性区域范围内并和电流值相对应。比如，实际速度所需的力大于系统可以提供的最大力，则输出力就取系统可以提供的最大力；若需要的输入力比比系统的最小输出力小，则输出最小的输出力。如果所需的力和实际速度符号相反，即需要产生能量（可以证明这种情况对半主动阻尼器是不可能的），输出力就由最小耗散能确定。
悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图所示，图中u为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 （2） 式中： ；；；； 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制，使目标函数J取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q、R阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 (4) 或写为 (5) 其中 这里，q——轮胎动变形加权系数1 q——悬架动扰度加权系数2式中第一、二项为误差指标，表示在～∞整个时间内系统实际状态与平衡之间的误差总和。这一积分越小，说明控制误差越小，性能越好。积分式中第三项为能量指标，表示在～∞整个时间内支付能量的总和。系统状态转移是考控制u(t)来进行的，为要使系统误差很小，则需要支付很大的能量代价。最优反馈 增益系数矩阵式可写成 (6) 式中，增益值k~k有明确的物理意义。k可等效于一放置于簧载和非簧载质量间的弹簧，114改变 k则影响簧载质量的固有频率；k作用于簧载质量的绝对速度上，影响其悬挂阻尼；k312大小涉及轮胎变形，对车轮的垂直弹跳频率产生影响；k作用于非簧载质量的速度上，影响4其非悬挂阻尼。 主动悬架系统的能控性，能观测性二、．
车辆主动悬架最优控 制
车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声)(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2）
式中： ????????????? ?--=00 01000 000010101 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比较满意的控制过程动态响应，计算机仿真可以解决这个问题。 在悬架设计中，为提高汽车的操纵稳定性和行驶平顺性，应使簧载质量垂直加速度、悬架动扰度及轮胎动变形较小。此外，从实现控制的角度来看，应使所需的控制能量较小。因此式(3)可写为 ?∞ +-+-=022*******])()([dt Ru x x q x x q J (4) 或写为 ?∞ +=0 2][dt Ru QX X J T (5) 其中 ?????? ??? ???=00 000000000001 2 q q Q 这里，q 1——轮胎动变形加权系数
《现代控制理论及其应用》课程小论文 基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真 学院：机械工程学院 班级：ＸＸＸＸ（XX） 姓名：X X X 2015年6月3号 河北工业大学
目录 1、研究背景 (3) 2、仿真系统模型的建立 (4) 2.1被动悬架模型的建立 (4) 2.2主动悬架模型的建立 (5) 3、LQG控制器设计 (6) 4、仿真输出与分析 (7) 4.1仿真的输出 (7) 4.2仿真结果分析 (9) 5、总结 (10) 附录：MATLAB程序源代码 (11) （一）主动悬架车辆模型 (11) （二）被动悬架车辆模型 (12) （三）均方根函数 (13)
1、研究背景 汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器组成,是车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称,也是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切力传递装置的总称,其主要功能是使车轮与地面有很好的附着性,使车轮动载变化较小,以保证车辆有良好的安全性,缓和路面不平的冲击,使汽车行驶平顺,乘坐舒适,在车轮跳动时,使车轮定位参数变化较小,保证车辆具有良好的操纵稳定性。 (a)被动悬架系统(b)半主动悬架系统(c)主动悬架系统 图1 悬架系统 汽车的悬架种类从控制力学的角度大致可以分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架3种（如图1所示）。目前,大部分汽车使用被动悬架,这种悬架在路面不平或汽车转弯时,都会受到冲击,从而引起变形,这时弹簧起到了减缓冲击的作用,同时弹簧释放能量时,产生振动。为了衰减这种振动,在悬架上采用了减振器,这种悬架作用是外力引起的,所以称为被动悬架。半主动悬架由可控的阻尼及弹性元件组成,悬架的参数在一定范围内可以任意调节。主动悬架是在控制环节中安装了能够产生上下移动力的装置,执行元件针对外力的作用产生一个力来主动控制车身的移动和车轮受到的载荷,即路面的反作用力。随着电控技术的发展，微处理器在车辆中的应用已经日趋普遍,再加上作动器、可调减振器和变刚度弹簧等重大技术的突破,使人们更加注对主动悬架系统的研究。 车辆悬架的特性可以从车身垂直加速度,悬架动行程以及轮胎动位移来研究。本文对主动悬架采用LQG最优设计策略,利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,分别对被动悬架与主动悬架建立动力学模型,并对两种悬架的仿真结果做了详细的比较分析与说明。
主动悬挂系统 https://www.doczj.com/doc/437287959.html, 发布时间：2010-03-10 作者：李志 随着汽车制造研发水平的不断提高，人们对于汽车的操控性和舒适性有了更高的要求。这其中，车辆减震系统起着至关重要的作用。而采用普通螺旋弹簧很难做到两全其美。于是，适应能力更强，感受更完美的可变悬挂系统就诞生了。目前市面上主流的主动悬挂主要有四种形式：空气悬挂、液压悬挂、电磁悬挂以及电子液力悬挂。本篇文章就跟大家一同了解下。 空气式可调悬挂 技术特点：底盘可升降，应用车型广泛 技术不足：可靠性不如螺旋弹簧 应用车型：奔驰S350、奥迪A8L、保时捷卡宴等
其实提到主动悬挂系统，我们首先想到的，并且应用最广泛的自然是空气式可调悬挂，而在系统组成上，它主要是由控制电脑、空气泵、储压罐、气动前后减震器和空气分配器等部件。主要用途就是控制车身的水平运动，调节车身的水平高度以及调节减震器的软硬程度。
通常来讲，装备空气式可调悬挂的车型前轮和后轮的附近都会设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑会判断出车身高度变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而降低或升高底盘离地间隙，以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性。
而在日常调节中，空气悬挂会有几个状态。1、保持状态。当车辆被举升器举起，离开地面时，空气悬挂系统将关闭相关的电磁阀，同时电脑记忆车身高度，使车辆落地后保持原来高度：2、正常状态，即发动机运转状态。行车过程中，若车身高度变化超过一定范围，空气悬挂系统将每隔一段时间调整车身高度：3、唤醒状态。当空气悬挂系统被遥控钥匙、车门开关或行李厢盖开关唤醒后，系统将通过车身水平传感器检查车身高度。如果车身高度低于正常高度一定程度，储气罐将提供压力使车身升至正常高度。同时，空气悬挂可以调节减震器软硬度，包括软态、正常及硬态3个状态（也有标注成舒适、普通、运动三个模式等），驾驶者可以通过车内的控制钮进行控制。
文章编号：1000-582X（2003）01-0104-05 汽车半主动悬架系统研究进展! 方子帆，邓兆祥，郑玲，舒红宇 （重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044） 摘要：基于系统工程理论，论述了汽车半主动悬架系统的研究和动态，分析了目前电/磁流变液减振液的研究及减振器开发现状。在分析了一些较为成功的半主动悬架控制策略的基础上，论述了经典控制、线性最优控制、自适应控制和智能控制方法在半主动悬架系统中的应用前景，提出了基于天棚阻尼控制理论、模糊控制理论和自适应控制理论为主线的复合控制策略。此外，提出了基于磁流变液减振器的半主动悬架系统研究与开发的整体思路，探讨了值得研究的若干理论和应用问题。 关键词：汽车；半主动悬架；电流变液体；磁流变液体；减振器 中图分类号：U463.1文献标识码：A 现代汽车正朝着安全、智能化和清洁化的方向发展。悬架系统智能化解决了传统被动悬架存在的舒适性和稳定性不能兼顾的问题，并能适应变化的行驶工况和任意道路激励，代表了悬架系统发展的方向。主动悬架能获得一个优质的隔振系统，实现理想悬架的控制目标，但能量消耗大，成本高，结构复杂。能量、成本和可靠性是限制主动悬架发展的瓶颈。半主动悬架通过改变减振器的阻尼特性适应不同的道路和行驶状况的需要，改善乘坐舒适性和操纵稳定性。由于半主动悬架在控制品质上接近于主动悬架，且结构简单，无须力源，能量损耗小，因而是近期最有可能走向市场推广应用的新兴技术。 1半主动悬架技术发展状况 1974年，Crosby和Karnop基于天棚阻尼的概念发明了半主动阻尼器［1］。其生产应用始于80年代，但它对悬架性能的改善是极有限的。1975年，MargoIis等人提出了“开关”控制的半主动悬架，它能产生较大的阻尼力这种悬架已应用到实车上。1986年，Kim brough 在半主动悬架控制方法中引入了Lyapunov方法，改进了控制算法的稳定性。1988年，日产公司研制了一种“声纳”式半主动悬架，它可通过声纳装置预测路面信息，悬架减振器有“柔和”、“适中”和“稳定”3种选择状态。1994年，Prinkos等人使用了电流变和磁流变流体作为工作介质，研究了新型半主动悬架系统。 半主动悬架系统除了少量的开启电液阀的能量以外，几乎不需要外加能源。研究表明：只要合适选择控制逻辑，半主动阻尼器可以达到像主动减振一样的减振效果［2］。 通常，半主动悬架是指悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节控制的悬架［3］。目前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面， 即将阻尼可调减振器作为执行机构， 图1汽车半主动悬架系统装车构成 2003年1月重庆大学学报Jan.2003第26卷第1期JournaI of Chongging University VoI.26No.1 !收稿日期：2002-07-20 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（50135030） 作者简介：方子帆（1964-），男，湖北黄州人，三峡大学副教授，重庆大学博士研究生。主要从事车辆系统动力学与控制的研究。
车辆主动悬架的控制研究 悬架是汽车的重要装置之一，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能有着很大的影响。设计优良的悬架系统，对提高汽车产品质量有着极其重要的意义。目前，汽车上普遍采用的是弹性元件和减震器组成的常规悬架，从控制力学的角度，将这种悬架称为被动悬架。实践和研究结果都表明，常规悬架受到许多限制，即使采用优化方法来设计也只是将其性能改善到一定程度。为了克服常规悬架对其性能改善的限制，在汽车中采用和发展了新型的主动悬架。主动悬架能够根据路面情况及汽车运行的实际状态进行最优反馈控制，使汽车整体行驶性能达到最佳。主动悬架的主要特点是能够主动提供能量，与传统被动悬架相比，其最大的优点在于具有高度的自适应性。 一、 车辆主动悬架系统建模 主动悬架的分析模型如图3.3所示，图中u 为主动悬架执行机构的作用力。 主动悬架的运动微分方程为： ????? ---==)(01..11.. 22x x k u x m u x m t (1) 状态变量、输出向量的选取同被动悬架，且为了便于与被动悬架的比较分析，选取与被动悬架模型相同的输入信号，路面激励仍为选白噪声 )(t ω， 根据微分方程组（1），建立如下所示的状态方程和输出方程 ?????+=++=Eu Cx y t D Bu Ax x )(ω。 （2） 式中： ????????????? ?--=00 01000 00001010 1 m k A t ；????????????????-=121010m m B ；????????????=0100D ； ??????????=010*********C ；???? ??????????=0012m E 汽车悬架可认为是一种连续线性的随机最优控制系统，由最优线性滤波器串接确定性调 节器的最优反馈增益系数矩阵组成。这两部分参数可分别加以确定。对于控制要求的性能指标是二次函数积分型的调节器问题，外界干扰是高斯白噪声，综合性能指标为： dt t u t R t u t X t Q t X u J T T ?∞ +=0)]()()()()()([)( (3) 此处认为汽车主动悬架的最优控制器为一个终端时间无限的线性调节器，问题仍是寻找最优 控制)(t u ，使目标函数J 取极小。线性调节器的主要问题之一是如何选择Q 、R 阵以获得比