七自由度主动空气悬架最优控制的研究

7自由度主动悬架整车模型最优控制的研究
盛云;吴光强
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】应用汽车系统动力学理论,建立了七自由度主动悬架的动力学模型.根据线性二次型最优控制原理设计了主动悬架线性二次型(LQR)控制器,并构建了实现该控制策略的主动悬架控制仿真模型.仿真结果表明:对主动悬架进行最优控制,能够有效地降低车身垂直振动加速度、车身侧倾角加速度和俯仰角加速度.
【总页数】5页(P12-16)
【作者】盛云;吴光强
【作者单位】同济大学;同济大学
【正文语种】中文
【中图分类】U463.33
【相关文献】
1.基于遗传算法的车辆4自由度主动悬架最优控制研究 [J], 蓝会立;高远;范健文;罗文广;许伟
2.具有LQG控制器的主动悬架整车模型动力学分析与仿真研究 [J], 张海涛;王治平;王云霞;王小龙;
3.主动悬架最优控制整车模型的研究 [J], 董波
4.基于最优控制的四自由度汽车主动悬架控制器 [J], 汤靖;高翔
5.二自由度汽车磁流变半主动悬架最优控制仿真研究 [J], 贾永枢
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关键词: 汽车; 平顺性; 仿真; 试验
中图分类号: U 462 2+ 4
文献标识码: A
Study on Sim ulation and Test for a Seven D O F M odel of a M ini Car
L IANG X in cheng, ZHANG Jun, DA I X in, ZHOU F eng jun ( N ational Eng ineering L aboratory for E lectric Vehicle, Beijing Inst itute o f T echno logy, Be ijing 100081, Ch ina)
K ey w ord s: Car; R ide com for;t S im ulat ion; T est
在汽车的各种性能中, 平顺性是一个比较重要 的评价指标. 平顺性较差会缩短元件的寿命, 还会 造成乘员工作效率低, 影响人的身心健康. 长期处 于不舒适的振动环境中容易引发各种心脏疾病. 汽 车的振源主要有路面不平度激励、发动机激励、传 动轴不平衡激励、轮胎激励、侧向风激励等. 路面 不平度对汽车产生的激励具有随机性, 其统计特性 主要采用路面功率谱密度来描述. 通常汽车模型参 数越多, 与实际越吻合. 但参数过多, 模型求解异
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取广义坐标 { u }T = [ Z1、 Z 2、 Z3、 Z4、 Zb、 b、

科 技 论 坛
・ ２ ９・
浅析汽车主动悬架系统 的发展和控制策略
邱 亚 宇
摘
（ 南京信 息职业技术 学院， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ６ ） 要： 介绍 了国内外汽 车主动 悬架控 制 系统发展和 主要控 制策略 ， 重点论述 了汽车主动悬 架控制 系统的应用和发展 ， 最后列举 了
目前 主 动 悬 架 的控 制 策 略 和 优 缺 点 。
关键词 ： 主动悬架 ； 应用 ； 发展 ； 控 制策略
随着现代汽车对乘坐舒适 『 生 和行驶安全Ｊ 生的要求提高 ，设计一个 起步比较晚 其中上海交通大学、 清华大学 、 吉林大学和同济大学等科研 具有良好综合陛能的悬架成为现代汽车研究的一个重要课题。传统被 院所都开展了一些研究工作 ，对主动悬架进行 了一些理论研究和试验 动式悬架系统的弹『 生 元件其刚度和阻尼是固定值，在汽车行驶过程中 方法的研究 ，仍处于理论探索与数值模拟阶段 ，相应的试验验证比较 无法随路面状况 、 载荷和车速等因素的变化而变化。 由于悬架参数不可 少 ， 还没有进入产品研制开发阶段。 北京理工大学的章一鸣教授较早地 改变 ， 即使参数采用优化设计， 也只能对特定的激励具有最佳效果 ， 一 对主动悬架进行了理论及试验研究。 该校高志彬 、 黄志刚等人进行 了可 旦激励发生变化 ， 悬架 系统的减振效果很难维持最佳， 这一问题注定了 控减振器的性能试验研究 ，试验结果说咀昕 十的三级阻尼可调减振 被动式悬架系统的性能难以提高。近年来 ， 随着计算机技术和各种控制 器 Ｉ 生 能优于传统的被动悬架。 方法 的发展 ， 汽车主动悬架技术成为汽车技术研究的—个重要方向。 这 ２主动悬架系统的控制策略 种主动悬架系统 ，可随汽车行驶状况而自适应地通过作动器控制悬架 汽车主动悬架的研究工作包含两个方面： 一方面是执行器的开发 ， 动力响应 、 或 自动调节悬架的刚度和阻尼参数 ， 具有优 良的减振性能 ， 另一方面是控制策略的研究，两方面较好的配合才会使悬架系统的性 也有利于车辆的操纵稳定 Ｉ 生。 能达到理想的效果。 上世纪五十年代形成完整的经典控制理论， 采用频 １主 动悬 架 系统 国内外发 展状 况 率响应 法和根轨迹法这些 图解分析方法分析系统性能和设计控制装 在汽车悬架系统的发展史上 ， 是１ ９ ５ ４ 年美 国 Ｇ Ｍ汽车公司的 Ｅ 置。历史的实践汪明经典控制理论十分有效的。 ｓ ｐ ｉ ｅ ｌ Ｌ ａ ｂ ｒ ｏ ｓ ｓ ｅ 首次提出了主动悬架的概念。 雪铁龙早在 ２ ０ 世纪 ５ ０ 年 随着状态空间空间法的应用而出现的现代控制理论 ，它可以解决 代初期就将电控主动液压悬架装备在其 １ ５车型上 ， 但实现大规模的批 多输人多输出的多维空间系统 ， 研究 的系统复杂性不断提高 ， 其 已开始 量使用则是在稍后推出的 Ｄ Ｓ系列车型上Ⅲ 。 向智能控制方向发展 。目前应用于主动悬架系统的控制理论 比较多， 常 １ ９ ６ ５ 年， Ｗ． ０ ． Ｏ ｂ ｓ ｏ ｎ 和ｋ Ｒ ￣ Ａ ｌ ｌ ｅ ｎ 作了类似的研究工作。此后 ， Ｔ ． Ｈ ． 见的控制方法主要有 以下 ３ 种： Ｒ ｏ ｃ ｈ ｗ ｅ ｌ ｌ ， Ｓ ． Ｋ ｉ ｍｉ ｃ ￣和 Ｍ ． Ｌ ａ ｗ ｔ ｈ ｅ ｒ 做了用伺服机构作为主动元件的理论 ２ ． １ 天棚阻尼控制。美 国著名控制专家 Ｋ ａ ｒ ｎ ｏ ｐ ｐ 在二十世纪七十年 研究 。早期研究的主动悬架数学模型是不考虑非簧载质量和轮胎特ｌ 生 代初提出了天棚阻尼的概念。这种方法的思想就是在车身上安装一个 的单 自由度系 统 。 与车身振动速度成正比的阻尼器，使阻尼器产生的力与车身竖直方向 １ ９ ７ ６ 年Ｔ ｈ ｏ ｍｐ ｓ ｏ ｎ首先将全状态反馈最优控制理论应用于主动悬 的运动相抵抗 ， 便可以Байду номын сангаас效地防止车身与悬架发生大的共振。 这种方法 架的研究中。１ ９ ８ ４年他又利用部分状态反馈最优控制理论构造了次最 简单 ， 所需要的车身传感器数量也较少 ， 不需要非常复杂的悬架系统模 优反馈阵。 随后 ， Ｔ ｈ ｏ ｍ ｐ ｓ ｏ ｎ 和Ｐ ｅ ａ ｒ ｃ ｅ 把两个 自由度模型扩充到四个 型 ， 实现起来 比较简单 。后来 ｋ ａ ｒ ｎ ｏ ｐ ｐ 又提出了开关阻尼的概念 ， 这种 自由度模 型 。 方法是天棚阻尼的延伸 ，目前已被美 国通用汽车公司应用于某型号车 并取得了良好 的效果 。 １ ９ ８ ６ 年， Ｒ ． Ｍ． Ｃ ｈ ａ ｌ ａ ｓ ｓ ａ ｎ ｉ 研究了整车模型 的行驶 Ｉ 生能。Ｐ ． Ｂ ａ ｒ ａ ｋ和 上 ， ２ ． ２ 智能控制。 近些年来智能控制取得了很大的发展 ， 最有代表ｆ 生 的 Ｄ ． Ｈ ｒ ｏ ｖ ａ ｔ 用计算机模拟激励的方法， 比较 了主动悬架的优趱 陛。用性能 指数 １ Ｉ表示 主动 、 半主动 、 和被动 悬 架 的性能 。对 一组 特 定的 Ⅱ 加权 便是模糊控制和神经网络控制。模糊控制是由美国动控制理论专家扎 计算模拟的激励结果显示采用半主动悬架和主动悬架的车辆其各项指 德ｆ Ｌ ＾ Ａ ． ｚ ａ ｄ ａ ｈ 艉 出来的， 通过一定的发展 ， 模糊控制理论已经成为人们所 研究的一个热 门课题。在汽车悬架控制方面， Ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ ｍ ｕ ｒ ｏ 教授将模糊控 标多下降了很多。 １ ９ ５ ５ 年法 国 Ｃ ｉ ｔ ｒ ｏ ｅ ｎ 汽车公司研制出一种液压一空气悬架系统 ， 制理论首先应用到汽车主动和半主动悬架 中。汽车悬架可以看作是用 可以使汽车具有较好 的行驶平顺性和乘坐舒适性 ，由于它的制造工序 组非线 『 生 微分方程来描述的非线性系统 ，利用模糊推理方法可推导 过于复杂 ， 最终未能普及。１ ９ ８ ２ 年美国 Ｌ Ｏ Ｔ Ｕ Ｓ 汽车公 司研制出有源主 出合适的阻尼力 ，实验结果显示采用模糊控制理论设计的控制器可使 动悬架系统 ，瑞典 Ｖ Ｏ Ｌ Ｖ Ｏ汽车公 司在其车上安装 了实验 ｆ 生的 Ｌ Ｏ Ｔ Ｕ Ｓ 主动悬架的性能得到有效提高 ， 提高了汽车行驶的平顺性 。 模糊控制和 主动悬架系统。１ ９ ８ ３年 日 本Ｔ Ｏ Ｙ Ｏ Ｔ Ａ汽车公司在 Ｓ ｏ ａ ｒ ｅ 轿车上采用了 神经网络控制能够为特殊条件下的模型处理问题提供有效的方法 。可 阻尼可调的减振器。１ ９ ８ ６年丰 田又在 Ｓ ｏ ａ ｒ ｅ 车型采用了能分别对阻尼 以认为智能控制将是 ２ １ 世纪控制领域 的核心技术 ， 智能控制的发展必 和刚度进行三级调节的空气悬架 ， １ ９ ８ ９年 Ｔ Ｏ Ｙ Ｏ Ｔ Ａ在 Ｃ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ 车型上装 将推动科技的发展， 从而对社会进步的推动力是不可估量 的。 置了真正意义上的主动油气悬架系统 福特汽车公司在 １ ９ ８ ４年底的 ２ ． ３ 混合控制。 当前用于汽车悬架振动的控制策略比较多， 单一控制 Ｌ ｉ ｎ ｃ ｏ ｌ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ 车上 装 备 了电控 空气 悬架 系 统 ， 可 以有效 地实 现 隔 策略可以使某一控制 目标达到理想的效果 ，但很难达到多个控制 目标 振 和高 度调 整 。 同时满足要求 的要求。因为各种控制策略都有 自身无法弥补的缺陷 ， 考 １ ９ ８ ８年雪铁龙公 司正式将装备有液压悬架的 Ｘ Ｍ车型正式命名 虑到一方面则往往另一面就会有损失 。因此常将多种控制方法结合起 为第一代主动液压悬架系统，之后雪铁龙又在其生产的 Ｘ Ａ Ｎ Ｔ Ｉ Ａ系列 来对悬架系统进行混合控制 ，例如将模糊控制和神经网络控制混合设 车型装置了第二代主动液压悬架， 这一代新型主动悬架大大地提高 Ｅ — 计 应用于奔驰高级轿车和重型坦克，这种混合控制策略同样适用于汽 Ｃ Ｕ控制单元的计算速度 ， 同时有运动和舒适两种模式可供选择。到 目 车主动悬架这样复杂的非线性系统 ，仿真结果显示均能取得 良好的效 前为止，雪铁龙的主动液压悬架已发展到第三代 ，并装备于其 ｃ ５ 、 ｃ ６ 果 ， 从长远来看 ， 混合控制方法将是今后悬架控制策略研究的一个很重 系列车型上。 其第四代主动液压系统也在研发 当中 ［ ３ １ 。 ２ ０ 世纪 ９ ０ 年代 要 方 向。 日本 Ｎ Ｉ Ｓ Ｓ Ａ Ｎ汽车公司在 Ｉ ｎ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｑ ４ ５ 轿车上也装备了液压主动悬架。 参考文献 此外 ， 德国 Ｐ ｏ ｒ ｓ ｃ ｈ ｅ 、 美国Ｆ ｏ ｒ ｄ ， 德国 Ｂ ｅ ｎ ｚ 、 通用、 克莱斯勒 、 雪铁龙 ［ １ Ⅱ ．Ｅ ｓ ｋ ｉ ，Ｓ ． Ｙ ｉ ｄ ｉ ｒ ｉ ｍ ．Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ａ Ｎｅ ｗ Ｒｏ ｂ ｕ ｓ ｔ Ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ Ｎｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ Ｃ

取 控 制 律 “：一 Ｘ，则Ｋ ＝Ｒ， Ⅳ， Ｅ Ｋ ， （ ＋ ） 通 过 分析 ，求 解 主 动悬 架 控 制 力 的 关 键 在 于求 解 反 馈 矩 阵 ． 在
Ｋ Ｌ ￡ — Ｂ ｕＢ Ｌ ０ ， 悬 架 性 能 对 于 车 辆 操 纵 稳 定 性 、 驶 平 顺 性 有 重 要 影 响 。 传 统 式 中 ： 为 反 馈 矩 阵 ， 由 黎 卡 提 方 程 ： ＋ Ｌ Ｌ Ｒ－ ＋ ＝ 解 得 。 行 的 被 动 悬 架 在 性 能 上 存 在 许 多 不 足 ， 满 足 车 辆 行 驶 平 顺 性 和 操 纵 为 稳 定 性 的 更 高 要 求 ， 现 了 各 种 形 式 的 主 动 悬 架 。 本 文 从 最 优 控 制 求 出 主 动 控 制 力 之 后 ， 即 可 采 用 ＭＡ Ｌ Ｂ＋ Ｉ Ｌ Ｎ 对 主 动 悬 架 进 出 Ｔ Ａ ＳＭＵ Ｉ Ｋ 理 论 探 讨 了 空 气 主 动 悬 架 的 实 现 问 题 。 通 过 动 态 仿 真 对 被 动 悬 架 和 行 仿 真 。 在 求 解 主 动 悬 架 控 制 力 时 需 首 先 计 算 出 值 ． 为 此 可 调 用 主 动 悬架 的特性 进 行 了 对 比… 。 ２空 气 主 动 悬 架 动 力 学 模 型 的 建 立 如 图 （ 后 左 图 ） 示 为 主 动 控 制 空 气 悬 架 １４模 型 ， 悬 架 系 文 所 ／ 该
维普资讯
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中国高新技术企 业
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空 气 主 动 悬 架 最 优 控 制 研 究
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。 Βιβλιοθήκη 文 ／张剑 威 ｜ Ｅ
【 要】 摘
建 立 了 空 气 主 动 悬 架 的 二 自 由 度 数 学 模 型 ， 以 此 模 型 为 基 础 探 讨 最 优 控 制 理 论 在 空 气 主 动 悬 架

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System Dynamics 1 88 ( 17D : 17- 6 [4 黄 兴 惠 金 达 锋 赵 六 奇 等 基 于 频 率 成 型 性 能 指 标 的 主
动 悬 架 控 制 策 略 的 研 究 [J 清 华 大 学 学 报 1
8( 8D :
8 -87
[5 刘 新 亮 张 建 武 林 忠 钦 主 动 汽 车 悬 架 的 非 线 性 控 制
( a) 车身纵向角加速度
(b) 座椅加速度
图 4 随机路面输入下主动悬架与被动悬架的频率响应
3. 2 阶跃激励输入的频率响应 图 5 为汽车在车速为 72 km/h 的阶跃激励激励的
响应O 其中图 5( a) ~ ( b) 分别表示列在这种激励下的车 身与座椅加速度响应O 在较大的频率范围内, 主动控制 大大抑制了振动的产生, 增加了乘坐舒适性O
别代表左前非簧载质量 右前非簧载质量 左后非簧载 质量 右后非簧载质量 车身质量 车身绕质心的横向 转动惯量 车身绕质心的纵向转动惯量 人 座椅系统 的有效质量 图 C BD C CD 是常见的 2 自由度及 5 自由 度 车 辆 模 型 [6]

Ｊ０
Ｄ Ｄ） ｄ 。 … …… …… … ……… … …… …… （ ） Ｕ］ ｔ ４
ｆ１ ０ ０Ｉ ｑ
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… … … … … … … … … … … … … … … … … … …
式中： 。 ｑ、ｑ、ｑ —— 分别 为轮 胎动 态位 移 系数 、悬架 动 挠 度 系数 和 车 身 ；最 优 控 制 ；仿 真
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ｏ ３ １ ５ ６ ． ３ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
１ １ 空气悬 架两 自由度 １ ４车辆模 型 ． ／
悬 架对 汽 车的行 驶 性能 、乘 坐舒适 性 和操 纵 稳定 性 有 着重 大影 响 。随着 汽车工 业 的发展 ，人 们对 汽 车
度 ； 为控 制 刚度 ； 志 ｃ为悬架 阻尼 器阻 尼系数 ；７为 路 ３ 。 面激励 位 移 ； 为非 簧载 质量 位移 ；３ 为簧载 质量 位 ７ 移 ； ｚ －３ ） 志 （ ７ 表示 车轮 动载荷 ；（ ３ ） 悬架 的动 。 ｚ－ ７ 为 挠度 。
纵稳 定性 在各 种行 驶条 件下 达 到 比较理 想 的组合 。
控制 悬架 系统 的 刚度 ，从 而使 车辆 的行 驶平 顺性 和操
… … … … … … … … …
ｌ ２ ２ｚ 一ｚ ） ｃ ｘ 一ｚ ） １ｚ －Ｘ ） １ －ｋ （ ２ １－ （ ２ １十五 （ １ ｏ＝０ ｚ
… … … … … … … … … …
（） １
其 中 ， 为非簧 载质 量 ； 为 簧载质 量 ； 为轮胎 刚 优 是
ｋ
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Ａｂ ｔａ ｔ ｈ － ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ３ ＤＯＦ ｐ ｙ ｉ ａ ｄ ｌ ａ ｄ ｍａｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｏ ｅ ｉｌ ｎ ｅ ｔ ａｒｓ ｒ ｇ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｙ ｔｍ ｒ ｕ ｌ ｈ ｓｃ ｌｍｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｌ ｍｏ ｅ ｆａ ｖ ｈ ｃｅ ａ ｄ ｓ ａ ｉ ｐ ｎ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｓ ｓｅ ｗｅ ｅ ｂ ｉ ． ｃ － ｉ ｔ
ＨＡＯ ｅ ｉ ｇ， ＰＡＮ ｎ ｙ Ｘｕ ｌｎ Ｇｏ ｇ ｕ， ＮＩ ｕ ｉ Ｅ Ｘｉ ｗｅ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｕｏ ｏ ｉ ｎ ｒ ｆ ｎ ｉｅｒ ｇ ｉ ｇｕＵ ｉｅｓｙ ｈ ｎ ａｇＪ ｎ ｓ １０ ３ ｈｎ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｔｍ ｂｌ ａｄＴａ ｃＥ ｇ ｅ ｎ ，Ｊ ｎ ｓ ｎｖｒ ｔ ，Ｚ ｅｊ ｎ ｉ ｇｕ２ ２ １ ，Ｃ ｉａ Ａ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ａ ｉ ｉ ａ
车辆行驶时 ，路面一 汽车一人体构成 了一个复杂
的多 自由度振动系统。汽车座椅作为路面振动传递到
人体 的最后一个环节 ，其减振性能对 座椅 的平顺性有 重要影响 。因此有必要对 座椅悬 架进行最 优化设 计 ， 隔离 由于地面激励而引起的通过底盘 和座椅传递到人 体 的振动 ，以达到最佳 减振效果 。 动态参数相同的座椅安装 在不 同的整车上表现 的
乘坐舒适性并不一样 ，座椅与整车系统之 间的互相 匹
配很重要 ，这要求不仅要研究 座椅 系统 ，还要深入地 研究整 车的振 动特性 ，将 “ 车辆 一座 椅 ”作 为一 项 系统工程来研究 。
图 １ 三 自由度车辆 一座椅 主动空气弹簧物理模型
１ 空气弹 簧座 椅悬 架主动 控制 系统方 案 １ １ 座 椅 悬架 系统物理模 型 的建 立 ．
驾驶员座椅悬架 系统主动控制研究与仿真分析

七自由度整车半主动悬架仿真研究王孝鹏1, 2, 3, 4，刘建军1, 2，吴龙1, 2（1. 三明学院机电工程学院，福建三明365004；2. 机械现代设计制造技术福建省高校工程研究中心，福建三明365004；3. 绿色铸锻及其高端零部件制造福建省2011协同创新中心，福建三明365004 ；4. 福建省铸锻零部件工程技术研究中心，福建三明365004）摘要：通过MATLAB 软件建立整车七自由度的动力学仿真模型。

半主动悬架采用双模糊控制器，将计算出的刚性车身与悬架连接处的速度、动行程与俯仰角参数作为主动悬架控制的输入量；前轴左右车轮，悬架与车身连接处的速度与其期望值的误差及其变化率作为第一控制力输入量，刚性车身质心俯仰角速度与其期望值的误差及其变化率作为第二控制力输入量；后轴左右车轮，车悬架与车身连接处的速度与其期望值的误差及其变化率作为第一控制力输入量，悬架动行程与其期望值的误差及其变化率作为第二控制力输入量。

计算结果表明：采用双模糊控制器能明显改善整车行驶的舒适性与稳定性，系统综合特性较好，刚性车身的垂向加速度、俯仰角加速度、前后悬架动行程性能提升明显，分别提升27.2%, 19.6%, 95.5%, 33.8%。

关键词：七自由度；半主动悬架；双模糊控制中图分类号：U270.1 文献标志码：A文章编号：1673-9833(2016)06-0012-06A Simulation Research on Seven DOF Semi-Active Full Vehicle SuspensionWANG Xiaopeng 1, 2, 3, 4，LIU Jianjun 1, 2，WU Long 1, 2（1. School of Mechanical & Electronic Engineering ，Sanming University ，Sanming Fujian 365004，China ；2. Engineering Research Center in Fujian Province University for Modern Mechanical Design and Manufacturing Technology ，Sanming Fujian 365004，China ；3. Fujian Provincial Collaborative Innovation Center for Green Casting ，Forging andAdvanced Manufacturing ，Sanming Fujian 365004，China ；4. Fujian Provincial Engineering Research Center forCasting and Forging Parts ，Sanming Fujian 365004，China ）Abstract ：A dynamic simulation model of seven DOF full vehicle has been established by using MATLAB software.By adopting the dual mode fuzzy controller as the semi-active suspension, the velocity of rigid body and suspension joints,as well as the input quantity, with the dynamic displacement and pitch angle parameters being the active suspension control, are to be worked out. The front left and right wheels are to take the error between the speed of the connection linking the suspension and the body and the expected value, as well as its rate of change, as the input quantity of the first control force, and to take the error between the angular velocity of the rigid body and the expected value, as well as its rate of change, as the input quantity of the second control force. The rear left and right wheels are to take the error between the speed of the connection linking the suspension and the body and the expected value, as well as its rate of change, as the input quantity of the first control force, and to take the error between the suspension working space and the expected value,as well as its rate of change, as the input quantity of the second control force. The numerical results of the simulation show that the adoption of the dual fuzzy controller helps to greatly improve the ride comfort and stability in vehicle driving, with a better performance exhibited in the comprehensive system, and with a significant increase as high as 27.2% in the rigid body vertical acceleration, 19.6% in the pitch angular acceleration, 95.5% in the dynamic travel performance of the front suspension, and 33.8% in the dynamic travel performance of the rear suspension, respectively.收稿日期：2016-08-15基金项目：福建省省属高校科研专项基金资助项目（JK2014048）作者简介：王孝鹏（1983-），男，山西运城人，三明学院讲师，主要研究方向为车辆系统动力学及控制，E-mail ：mrxp1984@湖南工业大学学报Journal of Hunan University of Technology Vol.30No.6Nov.2016第30卷 第6期2016年11月doi:10.3969/j.issn.1673-9833.2016.06.003第6期130引言在对悬架系统的研究中，二自由度悬架模型与四自由度1/2整车模型在文献中引用较多[1-5]。

空气悬挂系统的精确控制技术随着汽车技术的不断进步，空气悬挂系统作为一项先进的技术应用于汽车行业，并在一些高端汽车中得到了广泛应用。

空气悬挂系统可以通过对悬架系统的精确控制，提供更加舒适和稳定的行驶体验。

本文将就空气悬挂系统的精确控制技术进行探讨。

一、空气悬挂系统简介空气悬挂系统是一种通过气压调节车辆的悬挂高度的技术。

与传统的弹簧悬挂系统相比，空气悬挂系统可以通过改变气压来调节悬挂系统的硬度，从而适应不同路况和载重情况。

空气悬挂系统由气泵、空气容器、空气减震器和控制系统等组成。

二、精确控制技术的重要性精确控制技术是空气悬挂系统的核心，它可以根据车辆当前的行驶状态和驾驶员的需求，实现对悬挂系统的精确控制，从而提供更好的悬挂性能和驾驶体验。

精确控制技术可以使车辆行驶时保持较低的车身姿态，减小风阻并提高车辆的稳定性，同时在通过颠簸路段时能实现对车身的保护。

三、传感器技术精确控制空气悬挂系统首先需要对车辆的行驶状态进行实时监测和反馈。

传感器技术在该方面扮演着重要的角色。

通过安装在车辆各个关键部位的传感器，可以实时监测车身的倾斜角度、加速度、车速等参数，并将这些数据传输给控制系统。

四、控制算法空气悬挂系统的控制算法是精确控制的关键。

通过对传感器数据的处理和分析，控制算法可以实现对悬挂系统气压的精确控制。

根据车辆的行驶状态和驾驶员的需求，控制算法可以实时调整悬挂系统的硬度，提供最佳的悬挂性能。

五、电磁阀技术电磁阀技术是空气悬挂系统中的关键技术之一。

电磁阀可以控制气压的进出，从而实现对悬挂系统气压的精确控制。

电磁阀的开关速度和响应时间对系统的控制精度有重要影响，因此需要选用高质量的电磁阀，并确保其稳定可靠的性能。

六、控制系统的设计一个优秀的空气悬挂系统必须有一个先进的控制系统。

控制系统负责接收传感器的数据，并通过控制算法处理后输出控制信号。

控制系统需要具备高速、高精度的计算和响应能力，以确保对悬挂系统的精确控制。

摘 要 ：为了改善车辆的操纵稳定性和舒适性，本文首先建立二 自由度1/4整车悬架系统模型，然后应用最优控制理论，设计线性二 次型最优状态控制器。最后利用M A T L A B 中的Sim ulink模块对主 被 动 悬 架 系 统 进 行 仿 真 。仿 真 结 果 表 明 ：本 文 设 计 的 最 优 控 制 器 可 提高悬架的性能，使车辆的操纵稳定性和舒适性得到一定的改善。
型各参数见下页表1。
4 8 汽车工业研究•月刊2018年第8 期
由牛顿第二定律得系统运动方程为：
m2x2 = u
(1 )
mlxl = - u - k r(xx- x0)
(2 )
系统状态变量为车轮速度a , 轮胎动载
, 车身速度奐，悬 架 动 行 程 , 系 统状态方程为：
jx^ A x+ B u + F ,,
⑴
\y^Cx+Du
yi}
式⑶中：
「 A_ / A~ /
L
0
0.0125 0 0
2 x l 〇6 0
00
00
00
-10
〇〇
1
I I， 」
丨 B =[/丄r^ 丄m2 〇」 =L[0.0125 0 0.002 J]T
C是单位矩阵，D是 4X1 阶的零矩阵， Fw
是路面干扰输人"。
( 2 ) 被动悬架模型
限制 [12_14]。设 定 LQR控 制 目 标 量
为 车 身 加 速 度 、悬架和轮胎位移
的加权平方和积分即：
,〇 /=
^ f [ ? l( X 2 ~ Xl)
^ P X 2] d t
(7) 其 中 P 是车身加速度的加权 系数，A 是悬架动行程，心是 轮 胎 动 位 移 。将 目 标 性 能 指 数 / 改为矩阵形式为：

Ｍ 一簧 载质 量 ， 一
一 一
轮胎 刚度 ，Ｎｍ； ／
一
一
一
悬架 的弹 簧 刚度 ，Ｎ／ ｍ； 悬架 阻尼 系 数 ，Ｎ・／ Ｓｍ。
稳定 性 ， 即难 以同时 满足 悬架 的 “ 软硬 ”特 性 。
一
一
在 某 个 特 定 工 况 下 按 目标 优 化 出 的 被 动 悬 架 系 统 ，一 旦 载荷 、车 速 和路 况等 发 生变 化 ，悬 架在 新 的工 况 下便 不 再是 最优 ，在 结构 设计 上 只 能是
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主 动 悬架 与主 动 悬架 的 区别 。本 文 分析 主动 悬 架
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集 美 大学 优秀 青 年骨 干教 师基 金 资助 （０ １０ １ ；福 建省 青年 人才 项 目（３ ５ １ 。 ２ １１ ０ ） ３ Ｆ０ ０） 作者 简 介 ：胡 景煌 （９ ３ ，男 ，副教 授 ，研 究方 向 ：汽车 操稳 性 虚拟 仿真 技术 。 １５ 一）
满 足平 顺性 和操 纵 稳 定性之 间矛 盾 的折 中。 为 克 服这 个 缺 陷 ，国外 在 五十 年代 提 出了主

关于主动式汽车空气悬架的控制技术研究
解福泉
【期刊名称】《交通标准化》
【年(卷),期】2006(000)008
【摘要】主动式空气悬架作为汽车悬架的一门新技术,其应用越来越为广泛.从空气悬架的发展历史入手,介绍该系统的组成及系统的功能和控制原理,并在此基础上引用目标状态及状态基准,提出基于反应式的状态映射控制方法,可为今后相关方面的深入研究奠定基础.
【总页数】4页(P138-141)
【作者】解福泉
【作者单位】河南交通职业技术学院,河南,郑州,450005
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.汽车半主动空气悬架参数自调整模糊控制 [J], 郑明军;林逸;陈潇凯
2.汽车半主动空气悬架自适应模糊神经网络控制 [J], 姜立标;王薇;谢东;崔胜民;王登峰
3.基于分数阶微积分的汽车空气悬架半主动控制 [J], 吴光强;黄焕军;叶光湖
4.面向主动配电网的电动汽车充放电功率控制技术研究 [J], 郑杰; 胡华锋; 肖鹏; 李刚; 徐小涵; 潘哲哲
5.基于模糊PID控制重型汽车主动空气悬架仿真分析 [J], 周雅倩;鲁力群;孙法军;王毅;孙萌;李辉
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空气悬挂控制算法1.引言1.1 概述空气悬挂技术是指通过在车辆悬挂系统中引入空气弹簧和电磁阀等装置，以实现对车辆悬挂高度的精确控制。

相比传统的机械悬挂系统，空气悬挂技术能够利用气压调节车身高度，进而提供更加舒适的乘坐体验和更好的悬挂性能。

为了实现对空气悬挂系统的精确控制，需要使用特定的算法进行辅助。

空气悬挂控制算法是指通过对悬挂系统中的空气泵、阀门和传感器等元件进行控制，以实现对悬挂高度、硬度和稳定性等参数的实时调节和控制。

在空气悬挂控制算法中，需要考虑的因素包括车辆的负载情况、行驶速度、路况等。

算法会通过悬挂系统中的传感器获取这些数据，并根据预设的控制策略进行实时调整。

例如，在行驶过程中，当车辆遇到不平的路面时，算法会根据传感器获取的数据，自动调整悬挂高度和硬度，以保证乘坐的舒适性和悬挂系统的稳定性。

空气悬挂控制算法的研究旨在优化悬挂系统的性能，提升车辆的操控性和乘坐舒适性。

通过精确调整悬挂参数，可以有效地减少车辆在行驶过程中的颠簸感，提高车辆的稳定性和操控性，同时对于不同的用途和需求，也可以根据实际情况进行个性化的设置。

在本篇文章中，我们将介绍空气悬挂技术的基本原理和应用，重点介绍空气悬挂控制算法的设计原则和常用方法。

通过对现有算法的分析和比较，我们旨在为读者提供一个全面了解空气悬挂控制算法的基础，并为未来的研究和应用提供一些参考和启发。

同时，本文也将探讨目前空气悬挂控制算法存在的挑战和改进方向，展望未来在这一领域的发展前景。

通过深入研究和创新，相信空气悬挂技术在汽车工程领域将有更广阔的应用前景。

文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的组织和章节安排进行说明。

可以按照如下方式来编写文章1.2 文章结构部分的内容：文章结构部分的主要目的是介绍整篇文章的组织架构，以便读者能够清楚地了解整个文章的结构。

本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。

在概述部分，将引入空气悬挂控制算法的背景和重要性。

汽车主动悬架系统的研究开发进展综述陈军;欧家福;罗显政;刘德辉【摘要】阐述了汽车各类主动悬架系统的特点及应用情况,介绍了各种控制策略及其优缺点,指出了汽车主动悬架系统的发展趋势和应用前景,提出了主动悬架系统研究开发方面的建议.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】4页(P64-67)【关键词】主动悬架系统;控制策略;发展趋势;研究开发建议【作者】陈军;欧家福;罗显政;刘德辉【作者单位】中国汽车工程研究院,重庆,400039;中国汽车工程研究院,重庆,400039;中国汽车工程研究院,重庆,400039;中国汽车工程研究院,重庆,400039【正文语种】中文0 引言传统的被动悬架具有固定的悬架刚度和阻尼系数，设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷。

被动悬架在设计和工艺上得到不断改善，实现了低成本、高可靠性的目标，但无法彻底解决平顺性和操纵稳定性之间的矛盾。

20世纪50年代产生了主动悬架的概念，这种悬架在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼。

它能够根据悬架质量的加速度，主动地控制汽车的振动，能同时满足平顺性要求和操纵稳定性要求。

自20世纪70年代以来，随着电液控制、计算机技术的发展，传感器、微处理器以及电、液控制元件制造技术的提高以及成本的降低，出现了能够根据汽车行驶的路面、工况和载荷等情况来控制自身工作状态，使汽车的平顺性和操纵稳定性达到最佳的主动悬架系统。

1 汽车主动悬架的分类汽车悬架可分为被动悬架和主动悬架。

主动悬架根据控制方式，可分为半主动悬架、慢主动悬架和全主动悬架。

目前，主动悬架的研究主要集中在控制策略和执行器的研发两个方面。

图1所示为上述各种悬架系统的结构示意图，其中Ks代表悬架弹性元件刚度，Kt代表轮胎等效刚度，C0代表减振器阻尼，M代表主动装置，Ma 代表非悬挂质量，Mb代表悬挂质量。

图1 各类悬架结构示意图1.1 半主动悬架半主动悬架系统介于被动悬架系统和全主动悬架系统之间，它只消耗少量的能量，可进行刚度或阻尼控制;半主动悬架比全主动悬架结构简单、成本低;自20世纪90年代以来，半主动悬架系统已较为广泛地使用在高级汽车和军用汽车上。

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：⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=0001000000010101m 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。

16 期
管
欣， 等： 利用七自由度车辆模型刚度和阻尼矩阵分别表示为
1
1. 1
七自由度车辆模型
模型概述 本文建立的七自由度车辆模型如图 1 所示。假
定车身为一刚性体， 四个车轮为质量点。 悬架类型 可简化为四个独立悬架，B1 — B4 四个点分别表示 四个独立悬架和车体的链接点。 七个自由度分别 侧倾角 φ 、 俯仰角 θ 和四个 是车身的垂向位移 Z c 、 Z u2 ， Z u3 ， Z u4 ， 车轮的垂向位移 Z u1 ， 用列向量 Z 表 示： Z = [ Zc φ θ Z u1 Z u2 Z u3 Z u4
A∈Rn ˑ n ， B∈Rn ˑ m ， C∈Rp ˑ n ， D∈Rn ˑ q ， p≥q。 式（ 9） 中， C， D 满秩， 假设矩阵 B， 干扰 ξ 未知但有界， 即 d > 0。 ξ< d， 假设存在线形坐标变换 T0 ， 使得动态系统可变 成式（ 10 ） 。 1 （ t） = A11 x1 （ t） + A12 y（ t） + B1 u（ t） x
［ 1 —2 ］
。
本文针 对 整 车 主 动 悬 架 控 制 过 程 中 较 难 直 提出基于滑模观测 接测得的车辆关键 状 态 参 数 ， 器理论 ， 建 立 了 包 含 车 身 的 垂 向 振 动 加 速 度、 侧 倾角 、 俯仰角和四个 车 轮 的 垂 向 运 动 在 内 的 汽 车 七自由 度 动 力 学 模 型 和 状 态 估 计 模 型 。 文 中 对 该状态估计模型进行了仿真分析和场地实验验 采用该方法可以有效地 证分析 。 分析结果表明 ， 估计汽车的侧倾角 速 率 、 俯仰角速率和垂向加速 度 。 该方法 还 为 汽 车 先 进 控 制 系 统 中 的 状 态 参 数估计提供了一种准确且低成本的实时软测量 技术 。

【总页数】6页(P157-161,166)
【作 者】潘公宇;刘永田
【作者单位】江苏大学汽车与交通学院,江苏镇江212013;江苏大学汽车与交通学院,江苏镇江212013
【正文语种】中 文
【中图分类】U461.4
【相关文献】
1.驾驶员座椅半主动空气悬架系统振动特性实验研究 [J], 朱思洪;朱星星;马然;诸葛平
商用车主动空气座椅悬架的建模与仿真研究
潘公宇;刘永田
【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(034)003
【摘 要】建立一种将驾驶室考虑在内的七自由度1/2商用车主动空气座椅悬架模型,采用最优控制理论建立主动控制器,在考虑白噪声路面输入的情况下,运用MATLAB/Simulink模块进行主动空气座椅悬架的性能仿真分析,得到了座椅质心加速度、悬架动挠度等评价指标,分析了时域和频域的响应结果,并且与被动空气座椅悬架进行了比较.结果表明:主动空气座椅悬架能很好的改善汽车座椅的减震性能,提高驾驶员及乘客的乘坐舒适性.因版权Βιβλιοθήκη 因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
2.一种带空气悬架的剪式驾驶员座椅振动特性仿真研究 [J], 朱思洪;王敏娜
3.驾驶员座椅悬架系统主动控制研究与仿真分析 [J], 郝雪玲;潘公宇;聂秀伟
4.拖拉机半主动座椅悬架建模及控制研究 [J], 徐锐良;李三妞;郭志军;刘美洲;倪倩;罗跃辉
5.新型驾驶员座椅半主动悬架PID控制仿真研究 [J], 王莉莉;朱思洪;张莹