汽车悬架系统模型及控制研究

重庆大学硕士学位论文汽车悬架系统模型及控制研究姓名刘成军申请学位级别硕士专业模式识别与智能系统指导教师李祖枢20050501重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要传统的车辆悬架系统是被动悬架系统，是按某种特定的路面状况和车辆运行状态进行设计的，其减振器的阻尼特性是不可调的。近年来，主动控制悬架系统的研究有了较大发展。主动控制可分为完全主动控制和半主动控制，完全主动控制方法结构复杂、成本较高半主动控制方法价格低廉、制造工艺相对简单，非常适合用于车辆悬架系统。汽车磁流变半主动悬架利用磁流变技术实现了阻尼实时控制，成为目前智能悬架领域的研究热点。本文对汽车悬架系统模型、振动控制、路面模型及道路试验进行了研究，并通过仿真和实验证明，采用磁流变阻尼器的半主动控制悬架系统能够获得比被动控制悬架系统更好的减振效果。具体工作包括以下方面（1）阐述了汽车悬架研究的重要意义，总结了汽车悬架系统及其控制问题的研究进展，并详细介绍了本文的重点控制对象基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统。（2）研究了汽车悬架系统的建模问题，探讨了七自由度全车模型，并进行了仿真实验验证模型有效性。（3）阐述了汽车悬架系统的性能评价的方法，建立了随机路面的不平度输入模型。研究了汽车悬架系统的控制问题，探讨了汽车悬架系统仿人智能控制器的设计。（4）根据汽车平顺性随机输入试验要求，进行了实地实验，在不同行驶速度下测试了驾驶员座位处的加速度信号，将半主动悬架的测试结果与相同条件下被动悬架的测试结果进行了加速度功率谱和加速度均方根值的比较，实验表明了采用仿人智能控制策略的悬架系统能够获得较好的减振效果。最后总结了全文的研究工作，指出了有待深入研究的问题。关键词磁流变液阻尼器，汽车悬架，天棚阻尼，仿人智能控制重庆大学硕士学位论文英文摘要IIABSTRACTTRADITIONALVEHICLESUSPENSIONSYSTEMISPASSIVECONTROLSYSTEMITISDESIGNEDFORCERTAINSPECIALROADSURFACEANDVEHICLERIDINGSTATE,WHICHVIBRATIONDAMPERSHAVEFIXEDDAMPINGCHARACTERISTICRECENTLY,THERESEARCHOFACTIVECONTROLSUSPENSIONSYSTEMHASDEVELOPEDRAPIDLYACTIVECONTROLCANBEDIVIDEDCOMPLETEACTIVECONTROLANDSEMIACTIVECONTROLTHESTRUCTUREOFCOMPLETEACTIVECONTROLMETHODISCOMPLEXANDTHECOSTISHIGHCONTRASTWITHCOMPLETEACTIVECONTROL,SEMIACTIVECONTROLISMOREINEXPENSIVEANDITSSTRUCTURESIMPLERSEMIACTIVECONTROLISFITFORSUPPRESSINGTHEVIBRATIONOFVEHICLESUSPENSIONSYSTEMMAGNETORHEOLOGICALMRSEMIACTIVESUSPENSIONAPPLIESMRTECHNOLOGYTOCARRYOUTTHEREALTIMECONTROLOFITSDAMPMRSEMIACTIVESUSPENSIONHASBECOMEONEOFTHECENTRALRESEARCHSUBJECTSININTELLIGENTSUSPENSIONFIELDINTHISPAPER,VEHICLESUSPENSIONMODEL,VIBRATIONCONTROL,ROADPROFILEINPUTMODELOFRANDOMROADSURFACEANDROADTESTINGARESTUDIEDTHESIMULATIONRESULTANDROADTESTINGSHOWTHATVEHICLESUSPENSIONSYSTEMEQUIPPEDWITHMRDAMPERCANOBTAINBETTEREFFECTOFSUPPRESSINGTHEVIBRATIONTHEMAINCONTRIBUTIONSOFTHEDISSERTATIONINCLUDETHEFOLLOWING1THEPAPEREXPOUNDSTHESIGNIFICANCEOFTHESUSPENSIONRESEARCH,SUMMARIZESTHEHISTORYANDDEVELOPMENTOFVEHICLESUSPENSIONSYSTEMANDITSCONTROL,INTRODUCESVEHICLESUSPENSIONSYSTEMEQUIPPEDWITHMRDAMPERPARTICULARLYWHICHISTHEMAINCONTROLOBJECTOFTHISPAPER2THEMODELOFVEHICLESUSPENSIONSYSTEMANDTHEWHOLEVEHICLEWITHSEVENDEGREESOFFREEDOMARERESEARCHEDSIMULATIONRESULTHASPROVEDITTOBETRUE3THEMETHODANDINDICATORSUSEDTOEVALUATETHEPERFORMANCEOFTHEVEHICLESUSPENSIONSYSTEMAREDISCUSSEDTHEROADPROFILEINPUTMODELOFRANDOMROADSURFACEISESTABLISHEDTHECONTROLMETHODOFVEHICLESUSPENSIONSYSTEMANDTHEHSICCONTROLLERARERESEARCHED4ACCORDINGTOTHEEXPERIMENTALDEMANDSFORTHERANDOMINPUTOFAUTOMOTIVERIDECOMFORT,ROADTESTINGISMADETHEACCELERATIONSIGNALISMEASUREDATTHEDRIVERSSEATSEPARATELYATVARIOUSSPEEDTHECOMPARISONSABOUTTHEACCELERATIONPOWERSPECTRUMANDROOTMEANSQUARERMSACCELERATIONARECARRIEDOUTBETWEENTHEEXPERIMENTALRESULTOFTHESEMIACTIVEANDTHATOFTHETESTEDCARBEFOREREFITTED重庆大学硕士学位论文英文摘要IIISUSPENSIONONTHESAMECONDITIONTHESIMULATIONRESULTSHOWSTHATVEHICLESUSPENSIONSYSTEMADOPTINGHSICCONTROLTOREALIZESEMIACTIVECONTROLOFCANOBTAINBETTEREFFECTOFSUPPRESSINGTHEVIBRATIONINTHEEND,THESTUDYWORKOFTHEWHOLEPAPERISCONCLUDEDANDTHEPROBLEMSTHATNEEDDEEPSTUDYAREPOINTEDOUTKEYWORDSMRDAMPER,SEMIACTIVESUSPENSION,SKYHOOKDAMP,HSICCONTROL重庆大学硕士学位论文1绪论11绪论11汽车悬架研究的意义汽车悬架是指车架、车身与车桥之间一切传力装置的总称，路面作用于车轮上的垂直反力支撑力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所产生的力矩都要通过悬架传递到车架（或承载式车身）。它的主要作用是在传递这些力和力矩的同时，缓和不平路面传给车架或车身的冲击载荷，抑制车轮的不规则振动，提高车辆平顺性（乘坐舒适性）和安全性（操纵稳定性）38。因此悬架系统是影响汽车性能的关键部件，研究汽车悬架系统模型和控制对提高汽车总体性能，有着非常重要的意义。汽车悬架系统的设计必须满足行驶平顺性和操纵稳定性的要求，要使计算机准确预测汽车的平顺性,首先要建立合适的悬架模型,其次要选取合适的控制策略。汽车是一个复杂的多自由度振动系统，模型的自由度取得越多，理论上就越逼近真实系统，但要求测定的有关参数也就越多，控制难度也会加大9,常见的汽车悬架模型有天棚阻尼控制模型、4自由度1/2车辆模型以及五自由度平面力学系统模型等。天棚阻尼控制模型不能充分表征车辆的运动状态，只能反映其垂直方向的运动；五自由度平面力学系统模型用前后四轮随机激励作为系统的输入,但它只能反映车身的垂直振动和纵向角振动,不能反映车身横向振动和四轮不同输入的影响38；对于自由度更多的悬架模型，如910个自由度系统，即考虑车架弯曲变形引起质心位移变化和车架扭曲变形引起两端位移的变化,但计算十分复杂,一些参数很难准确测得。因此，根据实际需要选取合适的汽车悬架模型，不仅可以反映汽车振动与环境的影响，而且对提高测量结果的准确性和悬架系统的控制效果有着重要的意义在现代汽车中，汽车悬架可分为被动悬架、半主动控制和主动控制悬架三种基本类型6。汽车悬架系统是一个复杂的多自由度振动系统，行驶过程中的路面激扰、车身承受的载荷以及轮胎状况等都是变化的。因而悬架系统是典型的时变、非线性系统。主动控制技术是目前国内外最活跃的研究领域之一30被动控制不需要外加能源，又称为无源控制，传统的振动被动控制方法简单，易于实现，经济性好，因而在减振中得到广泛应用，但由于被动控制主要是针对某种特定的现象加以控制，性能较为单一，适应面窄，很难实现宽带控制，这一局限性使其在某些情况下不能满足要求6，限制了悬架系统性能的进一步提高。对于汽车悬架系统，由于其模型未知或不可求解，对线性系统有效的控制方法重庆大学硕士学位论文1绪论2并不适用9。车辆悬架非线性系统的特殊性使对其动态特性和振动控制的研究也具有特殊性，对悬架系统控制问题的解决，将有助于开辟非线性控制的新途径。综上所述，对汽车悬架模型和控制的研究，对提高汽车总体性能有着非常重要的意义。12研究背景121汽车悬架系统的发展传统悬架又称为被动悬架，是由弹簧、减振器减振筒、导向机构等组成。其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器的主要作用是衰减振动。由于这种悬架是由外力驱动而起作用的，所以，汽车行驶在不同路面上车轮受到随机激励，由于悬架装置实现了车身和车轮的弹性支承，有效地抑制和降低了车体与车轮的动载和振动，从而保证汽车行驶的舒适性和安全性9。随着科技的发展，可控悬架应用在车辆上成为可能。一些能够根据对汽车行驶的路面、工况和载荷等情况的监测来控制悬架的工作状态，使汽车的整体行驶性能达到最佳的可控悬架系统，即所谓的智能悬架。智能悬架分为主动悬架和半主动悬架。主动悬架是一种能根据汽车每一时刻的运动状态和路面激励情况，随时调节悬架元件，使悬架永远处于最优的减振状态的新型悬架系统，它克服了传统悬架安全性和舒适性之间的矛盾57。主动悬架实际上是一个动力驱动系统，依靠外界能源向悬架部件提供能量，并能对能量的大小进行控制，能够根据悬架系统状态和当前路面激励主动做出反应，抑制系统振动。主动悬架一般采用闭环控制。由于主动悬架的诸多优点，所以它在现代汽车上得到广泛的应用。1954年GM公司的FEDERSPIELLABROSS在悬架设计中提出了主动悬架的思想57，最初应用的智能悬架是手动调节阻尼的悬架，它的阻尼器可分级调整。1970年，THOMPSON,AG发表了电液伺服悬架系统的系统理论及其在主动悬架中采用线性反馈调节技术15，使主动悬架的研究进入了理论分析与实验相结合的阶段28。1987年三菱汽车公司首次在加朗轿车上采用了空压式主动悬架ACTIVEECS。半主动悬架也称无源主动悬架，介于主动悬架和被动悬架之间，能根据汽车行驶状态在一定范围内改变悬架弹簧刚度系数和减振器阻尼系数。半主动悬架又可分为可切换半主动悬架和连续可调半主动悬架。可切换半主动悬架中的阻尼系数只能在几个离散的阻尼值之间进行切换，连续可调半主动悬架中的阻尼系数在一定的范围内可以连续变化28。半主动悬架目前的研究基本上是阻尼控制的研究。由于半重庆大学硕士学位论文1绪论3主动悬架能量消耗较低，结构简单，成本低廉，可靠性高，在大多数情况下具有与主动悬架相近的性能，已成为目前最具实际应用价值的智能悬架形式11。基于磁流变的汽车半主动悬架是一种可调节阻尼的减振器由磁流变阻尼器构成的半主动悬架形式。磁流变阻尼器克服了分段式调节阻尼控制，响应极不连续的情况，它所具有的连续调节阻尼能力将改善车辆稳定性11。2000年,美国LORD公司采用磁流变智能悬架系统的汽车首次出现。韩国学者SEUNGBOKCHOI41开发了客车悬架系统磁流变阻尼器。美国弗基尼亚工学院AVDL实验室设计了磁流变半主动悬架控制系统，并在VOLVOVN车和FUTURECAR轿车的悬架上进行道路试验38。磁流变液体在外加电场作用下，几毫秒之内可以改变其流变特性，利用这一特性制成的磁流变阻尼器能作为实用性很强的半主动悬架减振机构。国内对主动悬架的研究相对较少，工作主要处于理论探索与数值模拟阶段，相应的试验验证比较少。北京理工大学的章一鸣教授较早地对主动悬架进行了理论和试验研究38。该校高志彬等人进行了可控减振器的性能试验研究，试验结果说明设计的三级阻尼可调减振器性能比传统的被动悬架优越28西安交通大学在磁流变阻尼器等方面取得了一些成果,重庆大学对磁流变阻尼器的流变理论和设计方法进行了深入的研究38122汽车悬架振动的控制应用于车辆悬架系统的控制方法主要有以下几种天棚阻尼控制策略1974年，美国DKARNOPP教授提出了天棚阻尼控制策略，它是一种半主动悬架的基本控制方法，在悬架的控制中被广泛应用11，即在车身上施加一个正比例车身绝对速度的阻尼。实际上一般是在系统中增加一个产生主动作用力的元件来模拟“天棚”阻尼作用，可得类似的减振效果。开关控制方法KARNOPP教授提出了“ONOFF”半主动控制策略，与主动悬架相比，“ONOFF”半主动控制策略的主要优点是需要的能量少，需要的能量仅用于改变阻尼器的“软”“硬”设置，作动器消耗振动能量11。“ONOFF”半主动控制策略所需测试仪器较少，控制算法简单，是目前应用在实际车辆上最多的方法。自适应控制方法悬架振动的自适应控制研究始于80年代初28。它主要用于受控对象及其参数存在严重不确定性的情况。由于车辆悬架系统的线性模型与实际悬架模型有误差，存在非线性和受控车辆结构参数变化例如簧载质量，基于线性时不变控制的车辆重庆大学硕士学位论文1绪论4悬架系统当参数和工况变化时，控制参数不能相应变化，故性能下降。而自适应控制方法能使系统当参数发生变化时，做出控制决策去更新控制器的结构，参数或控制作用，以便在某种意义下使控制结果达到最优或次最优，或达到某个预定性能目标。其性能趋近于理想的系统。自适应控制可以随车辆各种不同的运行工况而作出反应，例如，通过采集测量到的路面数据，确定路面不平度的功率谱密度函数，以选择合适的弹簧刚度和阻尼系数，自适应悬架着重于随路面激励变化而适应的能力上。最优控制方法最优控制是半主动悬架中应用比较广泛的一种方法9。通过建立半主动悬架系统的状态方程，考虑不同的性能指标并提出控制目标函数，来分析当汽车受到路面随机激励时，半主动悬架性能指标的最优控制方案。应用于车辆悬架控制系统的最优控制方法可以分为线性最优控制，H最优控制和最优预报控制等三种。线性最优控制是建立在系统模型较为理想的基础上，采用受控对象的动态响应例如选取车身垂直加速度，悬架动挠度，车轮动载荷及控制输入量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，把LQGLINEARQUADRATICGAUSSIAN线性二次高斯型控制理论应用于车辆悬架系统实现最优控制9。目标函数为状态向量和控制向量的二次型的线性系统最优反馈控制是车辆悬架系统主动和半主动控制最常用的控制方法。但是最优控制器难以适应系统参数的不确定性。H控制方法是一种基于鲁棒控制的优化控制，H控制是设计控制器在保证闭环系统各回路稳定的条件下，使相对于噪声干扰的输出取极小的一种最优控制法。9它考虑系统中更多变量的影响为了模拟由于车身质量、轮胎刚度、减振器阻尼系数以及车辆结构高频柔度模态等变化不确定的误差，应用H控制方法可实现车辆悬架振动控制具有较强的鲁棒性。预见控制是在反馈基础上进行悬架预测控制研究的控制方法9。这种控制方法可提前检测到前方道路的状况和变化。预见控制悬架是整个汽车悬架的综合控制系统。这种控制策略必须预先扫描路面和了解车辆载荷情况，因此实用性受到一定限制。进入90年代以来，智能控制的研究在工程中的应用发展迅速。智能控制系统具有学习、适应、组织功能，借助于人的经验知识和直觉推理可以进行有效的控制。神经网络控制重庆大学硕士学位论文1绪论5神经网络控制是一种非线性控制方法。通过建立神经网络模型，可以逼近任意非线性函数，并具有自适应学习，并行分布处理和较强的鲁棒性、容错性等特点，因此适于汽车悬架这样复杂的非线性系统的建模和控制。模糊控制方法模糊控制对非线性系统有较好的适应性，它属于智能控制的范畴。自90年代以来，模糊控制方法就被应用在车辆半主动悬架系统中22。由于具有超调小，鲁棒性强、能够克服非线性因素等特点，因而模糊控制对复杂系统是一种有效的控制策略。模糊控制控制过程中含有许多人的控制经验和知识，与人的智能行为相似。因此半主动悬架可以根据预定的目标及模糊控制策略来改变悬架的特性，以达到在当前工况下的最佳性能。模糊控制器是半主动悬架控制的核心，它对输入扰动、系统参数变化及结构变化有很强的适应性。123当前汽车悬架系统振动控制的主要问题智能悬架研究虽然多年,并且在实车上得到了一定应用,但是仍然存在下列技术问题执行器技术问题由于目前所使用的执行器一般采用电液伺服系统和机械调节，存在着结构复杂,成本高,响应速度慢,工作频带窄，动作不平稳等缺陷，执行器技术已成为智能悬架发展的瓶颈，近年出现的可控流体技术，包括电流变技术和磁流变技术，为可控阻尼的减振器设计提供了新的思路；传感器技术问题用于测量汽车悬架振动参数的传感器仍然存在测量精度、易用性、抗干扰能力、制造成本和使用寿命方面的问题，开发高精度，高可靠性，高集成度，低成本，可复用的新型传感器对提高智能悬架性能有重要意义；控制方法问题尽管已经提出了多种控制理论，但它们或是建立在各种假设的基础之上的，与实际工况差异很大,或是计算复杂,收敛慢，实时性差,无法应用于实车,因此有必要对汽车悬架控制理论做进一步探索和研究；制造成本和使用成本问题主动悬架不仅硬件制造成本昂贵。而且控制过程所消耗的能量较大，而半主动悬架与之相比，能量消耗小，结构简单，成本低廉，可靠性高，并且性能与主动悬架相近，可以预见，在今后一段时期内半主动悬架将是智能悬架的主要发展方向。13本论文工作及创新点本论文将在以下几个方面进行研究总结了汽车悬架系统及其控制问题的研究进展，并详细介绍了本文的重点控重庆大学硕士学位论文1绪论6制对象基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统。研究了汽车悬架系统的建模问题，探讨了七自由度全车模型，并进行了仿真实验验证模型有效性。研究了汽车悬架系统的控制问题，探讨了汽车悬架系统仿人智能控制器的设计。实现了汽车悬架系统控制器，并进行了实地实验，实验表明了仿人智能算法能较好地解决汽车悬架系统的控制问题。重庆大学硕士学位论文2基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统72基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统21汽车悬架系统组成悬架系统各器件装车如图21所示。整个半主动悬架控制系统由磁流变阻尼器、加速度传感器、AUTOBOX控制箱、电流驱动器、平顺性坐垫及笔记本电脑以及原车悬架其余部件组成组成38。图21磁流变半主动悬架系统FIG21SEMIACTIVESUSPENSIONSYSTEMWITHMRDAMPERS其中A/D和D/A转换模块、控制器都集成在AUTOBOX控制箱中。加速度传感器布置在车架的左右横臂上，平顺性坐垫放置在前排座位处，磁流变阻尼器器替换了原来的被动减振器。AUTOBOX控制箱放在车其他座位上，控制器和电流驱动器均由汽车蓄电池供电。211磁流变阻尼器磁流变阻尼器（见图22）是基于磁流变液的阻尼可调特性的一种新型阻尼器，其工作原理是在外加磁场的作用下，磁流变液中随机分布的磁极化粒子沿磁场方向运动，磁化运动使粒子首尾相联，形成链状或网状结构，从而使磁流变液的流动特性发生变化，进而使阻尼器阻尼通道两端的压力差发生变化，达到改变阻尼力的目的38。重庆大学硕士学位论文2基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统8图22用于汽车半主动悬架系统的磁流变阻尼器及其安装FIG22MRDAMPERSFORSEMIACTIVESUSPENSIONSYSTEMANDITSINSTALLATION由于汽车悬架阻尼器的行程较大，且在结构尺寸和结构强度上有严格要求，因此汽车磁流变阻尼器设计中通常采用混合工作模式38，磁流变阻尼器的活塞在工作缸内作往复直线运动，利用线圈产生的磁场来控制磁流变液在阻尼通道中的流动特性，改变活塞左右腔之间的压力差，从而实现阻尼力的调节。212加速度传感器行驶的汽车绝对速度难以测量，为了获取簧载质量和非簧载质量速度，通过加速度传感器来获取簧载质量和非簧载质量的加速度，再积分得到速度。加速度传感器也称为加速度计，根据传感原理分为压阻式、电容式和压电式三种，工作范围10110000MS238。本汽车悬架系统采用商品化的加速度传感器2210（见图23）。体积小和抗干扰能力强，寿命长，工作温度范围宽，适合用于恶劣的工业环境下的测量和监控。图23加速度传感器2210及其安装FIG23ACCELEROMETER2210ANDITSINSTALLATION它采用930V宽电压供电，4V差动输出或05V45V单端输出38，无需电荷放大器，能够在4085温度范围内工作，外壳为铝质，并作密封处理防水防尘。标定频率最低为10HZ，在010HZ段的频率响应仍然是非常平的。重庆大学硕士学位论文2基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统9213电流驱动器38悬架系统电流驱动器可以为磁流变阻尼器提供连续可调的控制电流，如图24所示。它采用降压斩波（BUCK）式电路，开关管选择场效应管。其工作原理是当控制器输出脉宽调制（PWM）信号时，经功率放大后加在功率开关管（场效应管）的控制极上，通过调节主电路的导通时间达到输出不同的电压或电流。相对于模拟方式，开关方式下工作的电流驱动器具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、调整范围宽等优点38。可控电流驱动器原理图如图25所示38。图25电流驱动器原理图FIG25SCHEMATICOFCURRENTDRIVER214DSPACE实时控制系统磁流变半主动悬架控制系统对实时性要求特别高，当汽车受到路面不平度激励时，控制系统应该迅速地做出反应，并施加控制，使整个系统始终处在给定的工作状态。本悬架系统功能用DSPACE系统（见图26）进行实时控制，DSPACE系统由软件系统和硬件系统组成7。其硬件体系由DS1005PPC处理器板、A/D转换板DS2002以及D/A转换板DS2102组成。板卡之间都通过32位PHS总线相互连接。DSPACE和主机之间的接口通过ISA总线或ETHERNET完成。图24电流驱动器FIG24CURRENTDRIVER重庆大学硕士学位论文2基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统10在控制系统中，控制器与被控对象以及外界进行信息交换有多种方式，其中使用模数转换A/D和数模转换A/D是最常用的一种38。在磁流变半主动悬架图26DSPACE实时控制系统FIG26DSACEREALTIMECONTROLSYSTEM控制系统中，也采用了这一方法，A/D转换板DS2002根据需要只选择了18号通道，10伏输入电压。D/A转换板DS2102在悬架系统中只选择了14号通道，05伏电压输出。通过将DSPACE处理器板上的全部内存映像到PC机内，主机能够访问DSPACE处理器上的所有内存，从而完成DSPACE实时硬件系统和PC机之间的数据传输。DSPACE软件系统比较丰富，包括用于生成代码和下载的软件，并能借助于工具软件对实验进行综合管理。DSPACE的实时接口库RTI允许通过方框图的方式来指定用户I/O，RTI与MATHWORKS的RTW共同协作可自动生成DSPACE硬件所需的代码，完成代码的生成和下载过程7。模型通过RTI实现并下载到实时硬件运行之后，利用实验工具软件CONTROLDESK实现对实时硬件的图形化管理、用虚拟仪表建立变量的可视化管理、参数的可视化管理以及实验过程自动化便于代码的自动生成和下载，利于对汽车半主动快速控制原型进行仿真。215数据采集及平顺性评价系统数据采集及平顺性评价系统用于记录实验数据和评价汽车的平顺性。主要由平顺性坐垫、数据采集箱，笔记本电脑以及数据处理软件组成。数据采集箱使用商品化的A/D卡，这种板卡采样速率高，信噪比高。平顺性坐垫采用BV为汽车行驶速度，单位为M/S将34和35代入31，当W236由式3336可知FGQ、FGQ由车身平衡位置算起，悬架允许的最大压缩行程就是其限位行程。在运动空间一定的情况下，悬架弹簧的动挠度太大将会增加行驶中撞击限位块的概率，从而使平顺性变坏，而且动挠度过大也会影响汽车的操纵稳定性，因此，减小动挠度有利于提高汽车的平顺性；车轮的动载荷则直接影响汽车与路面的附着效果，这与汽车操纵稳定性有关，当动载变化的幅值大于静载的时候即相对动载大于1，就会出现轮胎法向载荷小于零的情况，此时车轮会跳离地面，将失去纵向和侧向的附着力，使操纵稳定性恶化。此外，轮胎法向载荷变化过大也对汽车的操纵稳定性不利，一般来讲，在一定范围内降低轮胎的动载荷，有利于提高汽车操纵性。42天棚阻尼控制421天棚阻尼悬架模型111974年，KARNOPP提出了天棚（SKYHOOK）阻尼控制策略，施加一个正比例车身绝对速度的阻尼。通过合理选择有关参数，可彻底清除系统共振现象。其性能比传统的被动悬架要好。但是，实际车身上是无法安装这样理想的阻尼器，一般是在系统中增加一个产生主动作用力的元件来模拟“天棚”阻尼作用，可得类似的减振效果。天棚阻尼控制策略作为一种经典的车辆悬架控制方法，还常常被作为新控制算法的比较对象。天棚阻尼控制策略的理想模型如图41所示，它设想将阻尼器装在簧载质量（SM）与虚拟的惯性空间SKY之间，理想的天棚阻尼力为重庆大学硕士学位论文4汽车悬架系统控制25SSKYDXCF半主动控制方法价格低廉、制造工艺相对简单，非常适合用于车辆悬架系统。汽车磁流变半主动悬架利用磁流变技术实现了阻尼实时控制，成为目前智能悬架领域的研究热点。本文对汽车悬架系统模型、振动控制、路面模型及道路试验进行了研究，并通过仿真和实验证明，采用磁流变阻尼器的半主动控制悬架系统能够获得比被动控制悬架系统更好的减振效果。论文的主要研究工作和结论如下（1）阐述了汽车悬架研究的重要意义，总结了汽车悬架系统及其控制问题的研究进展，并详细介绍了本文的重点控制对象基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统。（2）研究了汽车悬架系统的建模问题，探讨了七自由度全车模型，并进行了仿真实验证模型有效性。（3）阐述了汽车悬架系统的性能评价的方法，建立了随机路面的不平度输入模型。研究了汽车悬架系统的控制问题，探讨了汽车悬架系统仿人智能控制器的设计。（4）对汽车悬架系统进行了实地实验，实验表明了仿人智能算法能很好地解决汽车悬架系统的控制问题。本文对汽车悬架模型和控制展开了一些理论探索和应用研究，但是由于汽车悬架是一个非常复杂的多自由度振动系统，悬架的控制是一门复杂的课题，所以有许多问题有待于深入研究（1）汽车悬架是一个非常复杂的多自由度振动系统，建立精确的数学模型是一件复杂和困难的工作，但是对悬架的控制具有很强的指导意义。（2）基于DSPACE的汽车悬架实时控制系统，运用VEDYNA车辆动力学仿真软件，以振动理论和多体动力学为基础，结合实验测试，建立汽车磁流变半主动悬架的精确模型，从振动和控制的角度分析悬架系统的时频域传递特性，为指导控制策略设计、优化结构参数提供理论依据。（3）进一步完善汽车磁流变半主动悬架的仿人智能控制理论，使其朝鲁棒性更好、控制效果更好的方向发展。重庆大学硕士学位论文致谢50致谢本文的研究工作是在我的导师李祖枢教授的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。导师严谨的治学态度、渊博的知识和无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师李祖枢教授致以最衷心的感谢和深深的敬意在多年的学习生活中，还得到了重庆大学光电工程学院余淼老师和董小闵博士的热情关心和帮助，特别是董小闵博士对我的研究工作进行了悉心的指导和帮助，在日常学习和生活中，实验室的同学也给予了我很大帮助。在此，向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示由衷的谢意衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授刘成军二OO五年五月于重庆重庆大学硕士学位论文参考文献51参考文献1李祖枢涂亚庆仿人智能控制北京国防工业出版社2001112李祖枢仿人智能控制研究20年1999年中国智能自动化学术会议论文集北京清华大学出版社19993曾志华一种阻尼可调的减振器汽车技术1990NO4P10154刘宏伟陈燕虹汽车主动悬架系统状态反馈控制技术研究汽车技术2000NO8P245门永新汽车悬架控制与可控减振器特性研究博士学位论文吉林工业大学1997P1116刘新量张建武,陈兆能汽车主动悬架的自校正控制汽车工程VOL2031998P1661777北京九州恒润科技有限公司TESISDYNAWARE基于MATLABSIMULINK的车辆动力学实时仿真模型CAD/CAM与制造业信息化2004（3）8沈悦明陈启军DSPACE快速控制原型在机器人控制中的应用机器人2002（24）69胡海岩郭大蕾翁建生振动半主动控制技术的进展振动、测试与诊断2001（21）410陈桂明张明照戚红雨张宝俊应用MATLAB建模与仿真科学出版社2000年11KARNOPPDCELECTRONICALLYCONTROLLABLEVEHICLESUSPENSIONVEHICLESYSTEMDYNAMICSVOL221991P20721712HROVATDMARGOLISDLANDHUBBARDMANAPPROACHTOWARDTHEOPTIMALSEMIACTIVESUSPENSIONJOURNALOFDYNAMICSYSTEMMEASUREMENTANDCONTROLVOL1101988P28829613SHARPRSETALROADVEHICLESUSPENSIONDESIGNAREVIEWVEHICLESYSTEMDYNAMICSVOL161987P16719214郭孔辉汽车操纵动力学长春吉林科学技术出版社199115美豪格刘兴祥等译机构系统的计算机辅助运动学和动力学第一卷基本方法。北京高等教育出版社199616KAWAKAMI,HETAL,DEVELOPMENTOFINTEGRATEDSYSTEMBETWEENACTIVECONTROLSUSPENSION,ACTIVE4WS,TRCANDABC,SAEPAPERNO920271,199217叶显蜂面向结构的汽车悬架实时仿真模型的建立学位论文长春吉林工大200018余志生汽车理论、机械工业出版社199919周风技等现代控制理论及其应用电子科技大学出版社199920章一鸣等，一种新型车辆悬挂系统的探讨阻尼最优控制的半主动悬挂系统，汽车工程，VOL104,1988,P152021刘少军基于高速开关阀技术的液压主动隔振系统及其控制策略研究学位论文长沙中南工业大学199722屈文忠汽车主动悬架系统的自适应模糊控制方法汽车工程2001重庆大学硕士学位论文参考文献5223GOODALLRMETALACTIVECONTROLSINGROUNDTRANSPORTATIONAREVIEWOFTHESTATEOFTHEARTANDFUTUREPOTENTIALVEHICLESYSTEMDYNAMICSVOL121983P22525724MARKWSPONGTHESWINGUPCONTROLPROBLEMFORTHEACROBOTIEEECONTROLSYSTEMMAGAZIN1995VOL15NO125何序彦沈程智三级倒立摆系统的可控性与可观性分析北京航空航天大学学报199610第22卷第5期26SANGYONGANDWOOKHYUNKWONGENETICBASEDFUZZYCONTROLFORHALFCARACTIVESUSPENSIONSYSTNALOFSYSTEMSSCIENCEMSINTERNATIONALJOUREVOL2971998P69971027TYOSHIMURAASEMIACTIVESUSPENSIONOFPASSENGERCARSUSINGFUZZYREASONINGANDTHEFILEDTESTINGINTJOFVEHICLEDESIGNVOL1921998P15016528孙求理张洪欣主动悬架的发展和技术现状世界汽车19965P46GWHOUSNERETALSTRUCTURALCONTROLPASTPRESENTANDFUTUREJOURNALOFENGINEERINGMECHANICSVOL12391997P89797129洪亮振计算多体系统动力学北京高等教育出版社199930张越今多刚体系统动力学在汽车转向和悬架系统运动分拆中的应用汽车工程1995531JOLLYMRETALAMODELOFTHEBEHAVIOROFMAGNETORHEOLOGICALMATERIALSSMARTMATERSTRUTVOL35199632ROSENSWEIGREFERROHYDRODYNAMICSCAMBRIDGECAMBRIDGEUNIVERSITYPRESS198533SPENCERJRBFDYKESJETALPHENOMENOLOGICALMODELOFAMAGNETORHEOLOGICALDAMPERSASCEJOURNALOFENGINEERINGMECHANICSVOL1233199734潘胜磁流变液的屈服应力与温度效应功能材料VOL28（2）1997P26426635李秀错无机/有机复合颗粒的电流变和磁流变效应研究机械科学与技术VOL17增刊1998P14214436周刚毅一种测量磁流变液流变特性的系统研制机械科学与技术VOL17增刊1998P10110237刘奇张平王东亚黄元龙磁流变体MRF材料的制备与性能研究功能材料VOL323200138廖昌荣汽车悬架系统磁流变阻尼器研究学位论文重庆大学200139李士勇模糊控制神经控制和智能控制论哈尔滨工业大学出版社199840美崔锦泰小波分析导论程正兴译西安交通大学出版社199541MALLATSATHEORYFORMULTRES