汽车悬架技术研究.pdf

汽率实用技术 A U T O M O B I L EA P P L I E DT E C H K O L O G Y 2 0 1 7 年第3 期 2 0 1 7N O 3 1 0 1 6 6 3 8 j c n k i1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 7 0 3 0 3 1 汽车悬架技术研究 刘强 ( 广东理工学院，广东肇庆5 2 6 1 1 4 ) 摘要：围绕汽车悬架的分类展开，分析汽车悬架的控制策略，探究汽车悬架技术的发展历程，对汽车悬架技术的 相关内容进行具体研究。以期促进我国汽车制造技术的进一步发展，满足我国各地区人民不断增长的物质文化需要。 关键词：汽车；悬架技术；研究 中图分类号：U 4 6 3 3 3 + 1文献标识码：A 文章编号：16 7 1 7 9 8 8 ( 2 0 17 ) 0 3 8 2 0 3 R e s e a r c ho na u t o m o t iv es u s p e n s io nt e c h n o l o g y L iuQ ia n g ( G u a n g d o n gI n s t it u t eo f t e c h n o l o g y , G u a n g d o n gZ h a o q in g5 2 6 1 1 4 ) A b s t r a c t ：B a s e do nt h ec l a s s if ic a t io no fa u t o m o b il es u s p e n s io n ，t h ec o n t r o ls t r a t e g yo f a u t o m o b il es u s p e n s io nisa n a l y z e d ， a n dt h ed e v e l o p m e n tc o u r s eo f a u t o m o b il es u s p e n s io nt e c h n o l o g yiss t u d ie d I no r d e rt op r o m o t et h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to f C h in a sa u t o m o b il em a n u f a c t u r in gt e c h n o l o g y , t om e e tt h ep e o p l e Sg r o w in gm a t e r ia la n dc u l t u r a ln e e d s K e y w o r d s ：a u t o m o b il e ；s u s p e n s io nt e c h n o l o g y ；r e s e a r c h C L CN O ：U 4 6 3 3 3 + 1D o c u m e n tC o d e ：AA r t ic l eI D ：1 6 7 1 - 7 9 8 8 ( 2 0 1 7 ) 0 3 - 8 2 - 0 3 人们生活水平的日益提升，对社会各行各业都提出了新 要求。尤其是近年来服务行业的大力发展，人们外出旅游次 数愈加频繁，对出行工具汽车的舒适性、安全性等提出了新 要求。而与汽车各种性能密切相关的悬架技术也逐步为人们 所认知，并得到极大的重视。传统的汽车悬架技术主要是被 动式的，这就使得汽车在行驶的过程中不能灵活的感受路面 的实际状况，及时调整车速以及载荷，存在极大的安全隐患。 这种传统的悬架技术从定程度上限制了汽车悬架系统的纵 深化发展。并且随着科学技术、经济、社会的进一步发展， 这种类型的悬架系统已经不再适应人们对汽车性能的需要。 因此，对汽车悬架技术进行更深层次的探索、研究具有重要 的现实意义。 1 、汽车悬架的分类 汽车悬架是连接汽车车身和车轮的总体传力连接装置， 通常由弹性元件、减震装置以及导向机构等三模块构成。汽 作者简介：刘强，就职于广东理工学院。 车悬架类型主要有主动悬架和被动悬架两种，主动悬架实质 上是一个闭环控制系统，其功能作用主要是进行减震装置， 根据其所用的可控元件，可以将主动悬架分为全主动悬架和 半主动悬架。被动悬架有弹性元件和阻尼元件构成，、这种悬 架比较传统，不够灵活，不能够根据汽车本身的运行状况和 外界激励条件的变化而进行自动调节。被动悬架由于其性能 上的局限性，使得其使用范围狭窄，并将逐步被社会淘汰。 此外，全主动悬架主要由车身质量、弹簧、力发生器以 及车轮构成，其具有低扰度、低固有频率、动力学特性固定 以及对激励能够做出快速反应等优势特点，被广泛应用于现 代汽车的制造。而半主动悬架主要是由车身质量、弹簧、可 调减震器以及车轮组成，所采用的是开环控制形式，能够根 据路面状况及车辆的运行状态选择最优的参数对汽车的悬架 进行控制。并且其能耗小，构造简单，减震效果良好，使用 得也比较广泛。 汽车悬架的控制策略分析 汽车悬架的控制策略主要是针对主动悬架进行的，因被 汽车实用技术 2 0 1 7 年第3 期 动悬架自身功能性能的局限，使得其逐渐退出汽车制造生产 领域。主动悬架的控制方法主要有自适应控制法、空钩控制 法以及最优控制法。其中，最优控制法对悬架系统的平顺性、 稳定性、车身加速度、动载荷、能量消耗以及动挠度等进行 了综合考虑，使汽车悬架系统能够获得最优的综合性能指标。 线性最优控制Ho o 最优控制以及最优预报控制都是使用得比 较普遍的控制方法，由于H o o 最优控制具有较强的鲁棒性， 因此可以对车身质量、轮胎刚度以及减震器阻尼系数进行不 确定误差。而最优预报控制主要是将路面的干扰进行输入， 并将所测量的状态变量反馈给控制器。线性最优控制是以理 想模型为建立基础的，将线性二次高斯型控制理论用于车辆 悬架系统。 自适应控制所采用的算法是L M S ，其能够根据车辆的实 际运行情况而做出相应的反应，提升汽车悬架对路面激励变 化的适应能力。由于自适应控制能够最大限度的进行实时控 制，因此其被广泛应用于汽车悬架制造的声音和振动领域。 空钩控制是通过利用执行器与车身振动绝对速度比之间的控 制力来达到减轻车身振动的目的，由于其算法简单、效果明 显、适应性强，己经被作为了主要的主动悬架控制方法。 3 、汽车悬架控制技术的发展历程 汽车悬架控制技术中的主动悬架控制技术最早使用的控 制方法是天棚阻尼器控制，因其控制算法简单，天棚阻尼器 控制法刚面世，就被广泛的应用于汽车主动悬架控制技术中。 随着控制理论的现代化发展，出现了随机最优的主动悬架控 制方法，此种方法所涵盖的内容与原理与上述汽车悬架控制 策略类似，笔者就不再赘言了。随着近些年来的发展，汽车 悬架控制技术迈入了新的发展轨迹。模糊理论与神经网络促 进了汽车结构和参数辨识功能的进一步发展。现代计算机技 术、现代信息通讯技术以及互联网技术的纵深向发展为汽车 悬架技术智能化控制提供了可能。并且在9 0 年代时，模糊控 制方法就已经被应用于了汽车悬架控制研究中。由于此控制 方法能够对输入的变量进行自动调节、组合，对隶属函数的 参数以及模糊规则数目进行功能学习，其仿真效果也比常规 方法要好很多。因此，此控制方法得到了汽车科研人员和汽 车制造厂商的高度重视。 由于智能化控制方法在整个汽车悬架控制技术中还是属 于比较新兴的技术方法，其在汽车悬架控制中的使用时间还 比较短，其计算方法也还有待完善。所以，当前社会中汽车 悬架智能控制技术还处于初始阶段，并没有得到广泛的应用。 但这并不影响汽车悬架智能化控制技术对汽车悬架控制技术 发展方向的引领。 4 、汽车悬架技术研究 在分析探索了汽车悬架技术分类、控制策略及其技术发 展历程之后，发现这些内容都是建立在汽车悬架系统完好的 基础之上而进行分析的。对汽车悬架技术的研究，离不开对 各种类模型的研究构建，笔者主要是对汽车悬架技术系统主 动悬架中的被动容错控制和主动容错控制进行模型的构建和 研究，以促进我国汽车悬架技术的发展。 4 1 汽车主动悬架被动容错控制技术研究 汽车相关弹性元件的疲劳程度、减震器液粘性对阻尼元 件的影响程度等都会对汽车主动悬架中的相应参数产生影 响，进而影响汽车悬架系统中传感器的功能作用。文章主要 主要是通过H ，H o 。状态反馈控制来对汽车主动悬架中的被 动容错控制进行研究。以H ：H o 。主动悬架七自由度整车模型 控制为例，对此类悬架技术的控制模型、参数摄动故障以及 被动容错控制器等进行具体研究。汽车主动悬架被动容错控 制模型主要是根据相关的机械原理以及数学思维方法来建立 的，其主要是通过运动微分方程来对汽车的结构、形式、发 动机的能量限制、汽车悬架系统的舒适性指标以及悬架动挠 度的最大行程等进行模型建立。其控制状态的空间模型为： X = A X + B l U + B 2 W Z 。= C 1 X + D 1 1 U Z 2 = C 2 X + D 2 1 U 此三公式即为H 2 H o 。主动悬架七自由度整车控制空间 模型，然后再对其主动悬架设计进行无故障的H 棚o o 状态反 馈控制。并通过对闭环系统中的各参数值、性能指标和闭环 传递函数进行相关的代值计算，以获得主动控制效果良好的 H 2 H o o 状态反馈控制器。 参数摄动悬架模型的建立主要是根据汽车在实际的行驶 过程中，随着行驶里程的增加，其弹簧性能、减震器液压油及 其粘度、阻尼系数以及汽车主动悬架刚度等都会发生变化。这 就会使得汽车的主动悬架系数呈现出以下的不确定性结构： 【AA B l 】- H Q E lE 2 】 在这一结构体系中，系的相关符号表示指的是参数摄 动对汽车主动悬架所带来的不确定量，而其他的则为适量矩 阵或者是有界矩阵函数。对此不确定性结构进行汽车主动悬 架作动器进行故障开关矩阵建模运算，便可得到参数摄动的 故障悬架系统状态空间模型。如下所示： x = ( A + AA ) X + ( B 1 + AB I ) M U + B 2 W Z 。2 C 1 X + D I I M U Z 2 = C 2 X + D 2 1 M U 对汽车主动悬架被动容错控制器的设计研究需要事先将 作动器故障和悬架系统参数的摄动情况进行考虑，这样才能 够达到预期效果。在参数摄动故障模型建立之后，设置相应 的状态反馈鲁棒容错控制器，将故障闭环系统和参数摄动中 的故障悬架系统式用于适量矩阵进行相关的计算，以实现汽 车主动悬架的鲁棒容错控制。 4 2 汽车主动悬架中主动容错控制技术研究 对汽车主动悬架中的主动容错控制技术研究主要是建立 2 0 1 7 年第3 期 刘强：汽车悬架技术研究 在传感器信号重构和控制率重组的基础之上的。在对汽车悬 架进行被动容错控制时，已经对悬架刚度和阻尼系数进行了 参数摄动，并取得了不错的容错效果。但是，随着经济社会 的进一步发展，人们认为比较保守的被动容错控制对未进行 事先考虑的元件的容错控制无法发挥最佳作用。因此，需要 对汽车主动悬架系统中的主动容错技术进行传感器和控制率 故障方面的研究。 输出反馈是进行汽车主动悬架容错控制的常用方法，还 是以主动悬架七自由度整车模型为例，将其控制输出参数进 行选择和评价，并对其进行量测输出。主动悬架七自由度整 车系统状态空间模型为： X = A X + B 1 U + B 2 W Z 2 C 1 X + D tl U Y 2 C y X + Dy 1 U 依据此模型，对其进行H o o 相关原理的适量矩阵计算， 并将现代控制理论中的传递函数矩阵用于输出反馈H o o 控制 器的控制率，以实现对各项系数指标的控制调试，输出控制 效果良好的H o o 控制器。 当前，汽车悬架技术控制系统中的传感器主要是自适应 观测器传感器，根据相关的模型所建立传感器信号重构的主 动容错控制。能够有效的保证汽车在行驶的过程中，量测输 出传感器所发生的相应故障，并对其进行估值计算，然后对 故障悬架量测输出传感器的信号进行重构，输入反馈控制器， 实现故障悬架主动容错控制。而控制律重组的汽车主动悬架 控制主要是针对路面干扰情况，其作用点是对作动器故障进 行故障悬架的主动容错控制，并对相关的故障进行检测、诊 断以及控制设计。 对汽车悬架技术系统中主动悬架中的被动容错控制器和 主动容错控制器进行分析研究，能够有效对汽车的悬架刚度、 参数摄动、作动器故障、弹簧以及阻尼系数等故障进行良好 的把控。这对提升汽车主动悬架控制的品质和可靠性具有重 要意义。 5 、结束语 对汽车悬架技术进行精细化研究主要运用到的思维是建 模思想，所采用的方法是线性矩阵计算方法。随着人们对汽 车舒适安全性能要求的不断提升，对汽车悬架控制技术的研 究还有待进一步深入。在实际的汽车制造生产中，需要结合 悬架控制技术的线性和非线性特点，选择最适合的方式方法 进行生产作业，以不断满足人们对汽车使用性能的需要。 参考文献 1 】李仕生车辆可变阻尼减振器半主动悬架研究【D 】重庆大学，2 0 1 2 【2 】杨柳青汽车主动悬架容错控制策略研究【D 合肥工业大学，2 0 1 3 3 】陈文源汽车主动悬架减振控制技术 D 】中国科学技术大学，2 0 1 0 上接第8 1 页) 一方面保证氧传感器的工作可靠性，另一方面降低由于进气 引起的温度升高。在E G R 率的控制方面，电控单元根据转 速、油门位置来判断发动机工况，输出控制信号，由步进电 机来控制E G R 阀的位置。此时氧传感器将检测到的空燃比反 馈给控制单元，控制单元根据目标空燃比与实际空燃比进行 校正，获得E G R 阀位置的精确闭环控制。对于D P F ，过滤 时，三通阀处于中间位置，废气同时从两个D P F 中流过。若 背压达到预先确定的值时，则开始再生。一个再生时，另一 个处于过滤状态。再生过程分成两个阶段：加热阶段和燃烧 阶段。两个阶段加热器始终处于加热状态。在加热阶段，三 通阀关闭流经再生陶瓷的气流，便于快速升温。当再生陶瓷 的前端温度达到微粒的起燃温度6 0 0 。C 时，三通阀开始动作 使一定量的废气流经再生陶瓷，前端迅速燃烧，燃