本科毕业论文-汽车主动控制悬架系统研究

1、毕业设计（论文）前 言振动是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性以及汽车零部件疲劳寿命的重要因素。剧烈的振动会影响汽车的行驶速度，并随之产生环境噪音污染。随着现代汽车队乘坐舒适性和安全性的要求越来越高，设计一个具有良好综合性能的悬架成为现代汽车研究的一个重要课题。随着车辆参数及行驶工况的变化，对悬架系统性能的要求是不同的：一方面，为提高悬架系统的行驶平顺性，希望悬架系统的刚度较小，而采用较软的悬架；另一方面，为了提高车辆的行驶安全性和方向的控制，则要求悬架系统的阻尼和刚度都比较大，需要采用较硬的悬架以减少车轮与车身件的相对行程，获得良好的路面附着于支撑。可见，对于悬架系统的设计要求往往是相互矛盾的。

2、传统的被动式悬架系统的弹性元件的阻尼元件的刚度值和阻尼值是固定的，在汽车行驶过程中无法随着路面状况、载荷和车速等因素的变化而变化。由于悬架系统参数不可改变，所以即使是最优化设计也只能对特定的激励做出最优的响应，一旦激励发生变化，悬架系统便不再为最优，这一问题限制了悬架系统性能的进一步提高。目前，被动悬架系统的潜力已经接近极限，所以有必要设计一种不同于被动悬架系统的新型悬架系统，它可以随汽车行驶状况而自适应的改变其阻尼和刚度参数，具有优良的减震性和操纵稳定性。近年来，由于计算机技术和各种新型控制方法的迅速发展，使人们对各种振动和噪音的控制水平不断提高，为从本质上改善汽车悬架系统性能提供了一条新途

3、径。随着控制理论、电子技术、计算机技术、测控技术、机械动力学等学科的快速发展，智能悬架系统应运而生，即基于电子控制的智能悬架系统主动悬架系统得到了迅速发展并逐渐在轿车上应用。特别是信息科学中对最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络等智能控制的研究，不仅在理论上取得了令人瞩目的成绩，同时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得以快速发展。随着汽车结构和功能的不断改进和完善，研究汽车振动，设计新型悬架系统，将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施。因此汽车悬架振动主动控制技术将成为未来汽车研究的一个主要方向。1汽车主动控制悬架系统研究1. 汽车悬架概述1.1 汽车

4、悬架功用悬架是车架（或承载式车身）与车轮之间所有传力连接零件的总称。传统的被动悬架包括弹性元件、减振装置、导向机构和横向稳定器。现代的半主动悬架及主动悬架在被动悬架的基础上增加了传感器控制计算机和执行元件。但无论哪种悬架其基本功能均为：(1支撑车身或车体；（2）将路面作用于车轮上的各种力以及力矩传递给车架，从而保证车辆的正常行驶；（3）通过弹性元件的缓和冲击作用、减振装置的衰减振动作用以及导向机构对车身和车轮运动轨迹的限制作用，使汽车具有良好的乘坐舒适性和操纵稳定性。实际车辆行驶在多变的环境里，即路况（路面不平度等级）、车速以及工况（加速、制动、转向、直线行驶）经常要发生变化，例如：汽车在急速

5、起步或急速加速时会产生所谓的“加速后仰”现象；汽车高速行驶紧急制动时，会产生所谓的“制动点头”现象；汽车在急转弯行驶时会产生所谓的“转向侧倾”现象。上述情况会对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性产生不利的影响。被动悬架由于其结构特点很难保证汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性同时达到最佳。因此，为解决这一问题，产生了根据工况要求保证汽车的性能达到最佳的电控悬架。电控悬架采用传感器技术、控制技术和机电液一体化技术，对汽车的行使工况进行监测，由控制计算机根据一定的控制逻辑产生控制指令，控制执行元件产生动作，保证汽车具有良好的行驶性能。1.2 悬架系统的性能要求车辆动力学模型是进行性能分析和系统设计的基础，下图说

6、明了与车辆行驶动力学 有关的重要性能特性。在有限的悬架工作空间内，设计师必须为驾驶员和乘客提供良好的乘坐舒适性、可接受的车身姿态、以及对车轮动载荷的合理控制。2毕业设计（论文）综合悬架的基本功能和行使动力学的主要性能指标我们大体可以得出对理想悬架的设计期望是：(1 车辆在不同路面（包括不同的车速、路面不平度情况）上直线行驶时能够使车身及车轮的振动减少至最低水平，为乘员提供最好的乘坐舒适性（即所指的平顺性）;(2 从行驶安全性和操纵稳定性方面考虑，应该能够最大限度的减小轮胎的动载荷以保证良好的轮胎接地性；(3 悬架的动行程要控制在允许的范围内，以尽量保证不发生限位块撞击所引起的对人和货物的冲击；

7、(4 从舒适性和稳定性考虑保证良好的车身姿态；(5 此外，还需考虑再结合其它控制系统的情况下的车辆总体性能的要求，如结合自动防抱死系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和四轮转向系统（4WS）等在不同车辆工况下（如启动、制动、转弯时），仍需保证对车身的方向控制和姿态控制，或根据需要提供各轮胎的载荷分布，同时提供良好的乘坐舒适性。以上要求在车辆参数变化时也同样需要保证（如车身载荷或轮胎垂直刚度在一定范围内变化）。但是对这样的理想悬架设计期望似乎过于苛求。而实际上在通常的悬架设计中，上述各项要求及性能之间存在着冲突与矛盾。比如在一个低刚度的软悬架能获得较好的乘坐舒适性，但同时需要较大的悬架空间又

8、带来较差的车身姿态控制；而为了保证较好的操纵稳定性，使车辆在转弯、起动和刹车时车体的点头、后坐较小，又要求车辆具有较“硬”的特点。在实际中，车辆行驶在一个多变的环境中，可能包括不同的路面输入（如不同的车速和路面不平度），不同的车辆工况（如车辆在加速、制动、转弯时等工作情况），而且车辆参数本身也可能发生变化（如随乘员和货物的多少而改变的车身质量，以及随车速和温度、胎质而改变的轮胎刚度等）。因此，悬架设计师要对以上变化因素给予充分考虑。多年来，车辆工程师们正是通过反复不断的探索，使其设计性能尽量体现对以上各因素合理的折中，以及对不同性能的要求及侧重，以实现尽可能的综合。- - 3汽车主动控制悬架系

9、统研究2. 汽车电子控制悬架系统2.1汽车电子控制系统的基本内容汽车电子控制系统的研究目的应该从系统工程的观点出发，以数学和工程方法为工具，综合应用汽车和微电子技术以及自动化控制理论，使三者有机结合，实现汽车电子控制的最优化。汽车电子控制系统的基本研究内容有：（1）对汽车的各分系统建立模型，然后利用模型分析系统，最后确定各分系统的控制目标。（2）根据分系统的控制目标，应用自动控制理论，选择最佳控制方式。（3）协调各分系统的关系，实现综合控制，从而保证汽车总体性能水平。（4）研究汽车与驾驶员和环境的关系，探讨人车环境系统控制规律。（5）围绕分系统的控制目标，实现各组成部分的有机结合。（6）对汽车

10、计算机控制系统结构和要素进行分析，论述系统的最优化途径。（7）讨论汽车电子控制系统的可靠性问题。（8）研究汽车计算机控制系统的设计，包括硬件和软件两部分。2.2汽车电子控制悬架概述悬架是车身与车轮之间一切传力连接装置的总称。汽车悬架的作用除了缓冲和吸收车轮的振动之外，还要在汽车行驶过程中传递车轮与路面之间的驱动力和制动力，当汽车转向时，悬架还要承受来自车身的侧向力，并在汽车起步和制动时能够抑制车身的俯仰振动，提高汽车的行驶稳定性和安全性。根据现代汽车对悬架系统的各种性能要求，悬架的结构形式和振动控制方法随时在更新和完善。悬架的结构形式很多，可分为独立悬架和非独立悬架两大类。如果按照控制力进行分

11、类，则可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种基本类型，三种悬架的简化模型如图1-1所示。 其中：1传感器、2可调减振器、3执行器。4毕业设计（论文） （a） (b (c图1-1 三种悬架系统简化模型（a）被动悬架（b）主动悬架（c）半主动悬架 被动悬架被动悬架系统的概念是在1934年由OLLEY提出的。它通常是指结构上只包含弹簧和阻尼器（减震器）的系统。简化模型如图11（a）所示，其中，其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，而减振器主要用于控制响应特征。被动悬架系统虽然结构简单、造价低廉且不消耗外部能源，但因为其参数固定，所以具有较大的局限性。主要表现在悬架参数固定，不能随路况改变而变化，只能针对

12、某种特定工况进行参数优化设计，而且悬架元件仅对局部的相对运动做出响应，因而限制了悬架参数的取值范围。半主动悬架主动悬架主动悬架是近十几年发展起来的，最初装置是由AP公司基于气液悬架（液压式和空气式）发展的一种机械系统。主动控制悬架简化模型如图11（b）所示，主动悬架通常包括三部分：传感器、控制器及执行机构，并由它们与汽车系统组成闭环控制系统。其中控制器是整个系统的信息处理和管理中心，他接受来自各个传感器的信号，依照特定的数据处理方法和控制规律，决定并控制执行机构的动作，从而达到改变车身的运动状态。满足隔振减振的目的。主动悬架是由电脑控制的一种新型悬架，需具备三个条件：（1）具有能够产生作用力的

13、动力源；（2）执行元件能够传递这种作用力并能连续工作；- - 5汽车主动控制悬架系统研究（3）具有多种传感器并将有关数据集中到微电脑进行运算并决定控制方式。主动悬架一般采用闭环控制。所谓闭环控制就是说输出量反过来又对系统的控制作用有直接影响的控制，也就是说对弹簧刚度和减振器阻尼的控制结果，还必须有反馈系统把信息传递给电脑，再有电脑进行分析和修正，以达到最佳的控制效果。6毕业设计（论文）3. 主动悬架系统概论3.1 主动悬架系统组成主动悬架系统是可以自行产生的悬架。主动悬架电子控制系统基本组成如图 21所示。 图3-1 主动控制悬架电子控制系统图（1）传感器。电子控制悬架系统传感器将汽车行驶的路

14、面状况和车速，以及启动、加速、转向、制动等工况变为电信号，输出给电子控制器。该系统所使用的传感器见表3.1 表3.1 传感器传感器名称车身加速度传感器车身位移传感器车速传感器方向盘转角传感器制动压力开关制动灯开关节气门位置传感器加速踏板传感器 用途 检测车身的振动，可间接反映汽车行驶的路面 检测车身相对车桥的位移，可反映车身的平顺性和车身高度 检测车轮的转速，反映车速和用于计算车身的倾斜程度 检测方向盘的转角。用于计算车身的倾斜程度 检测制动管路的制动液压力，提供汽车制动信号 检测制动灯电路的通断，提供汽车制动信号 检测节气门的开度，提供汽车加速度信号 检测加速踏板的动作，提供汽车加速信号（2

15、）控制器。 控制器将传感器送入的电信号进行综合的处理，输出对悬架的刚度和阻尼及车身高度等进行调节的控制信号。它以一般由微机和信号输出放大电路组成。（3）执行机构。执行机构按照电子控制器的控制信号，准确地动作，及时地调节悬架的刚度和阻尼系数及车身的高度，通常所用的执行元件是电磁阀和步进电机及空气压缩机等。3.2 主动悬架系统的类型及原理主动悬架系统根据不同的分类方法可将其分为不同类型。- - 7汽车主动控制悬架系统研究主动悬架系统按控制方式可分为机械控制悬架系统和电子控制悬架系统。机械控制悬架最早出现，它主要是通过高度控制阀来调节油气弹簧中的油压，进而调节刚度。虽然结构较简单，成本较低，但其控制

16、功能少，精度低，且不能适应多种工况。近年来随着各种传感器的广泛使用、ECU可靠性的提高及控制策略的完善，主动悬架逐渐进入电子控制时代。其信息输入量更丰富，功能更丰富且控制精确，但其结构及控制策略复杂，成本高。主动悬架系统按执行元件的频率带宽度可分为宽带宽悬架和窄带宽悬架。宽带宽悬架也称全主动悬架，其执行元件的响应频率要超过车轮刚度对应的频率（约为10 HZ），频宽越高，控制效果越好，但越难实现，且成本、质量和消耗的能量都会增加；窄带宽悬架也称慢主动悬架，可以将执行元件频响带宽降至只考虑车身姿态振动及转向反应，带宽可降至3 4HZ。 在大多数实际运行工况下，其性能都可以与主动悬架媲美，而在经济性

17、方面则有明显的优势。主动悬架系统按控制介质主要可分为主动空气悬架、主动油气悬架、主动液力悬架等。主动空气悬架工作原理：用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送给弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。通过汽车电脑和驾驶员模式的选择来控制空气弹簧气囊的充气量，进而能控制车身的高度及阻尼的大小。在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。在减振器内设有电动机，电动机受微机的信号控制。利用电动机可以改变通气孔的大小，从而改变了衰减力的大小。其工作原理图见 图2-2图3-2主动空气悬架系统的工作原理图主动

18、油气悬架工作原理：调节空气体积实现刚度特性，通过改变油液管路中的节流 8毕业设计（论文）孔的数量完成阻尼特性调节。工作原理图见 3-3。图3-3 主动油气悬架系统的工作原理图主动液力悬架工作原理：电子控制的主动式液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件主动地控制汽车的振动。在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU,ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸工作。3.3 主动悬架的优缺点主动悬架的主要优点如下：1）乘坐舒适性控制。被动悬架设计是对各个

19、性能的折中，而主动悬架则不必在稳态直行时对乘坐舒适性折中，可在操作性能不降低的情况下调整悬挂系统的参数获得更好的乘坐舒适性，也可基于特定的驾驶风格进行调整。2）车高的控制。载荷变化时保持车高不变，保持车轮全行程跳动，消除在非设计行驶高度下引起的操纵性变化现象。同时解决了被动悬架针对载荷变化通常将刚度设计偏高而造成舒适性损失的问题。在粗糙路面上增加离地间隙提高通过性，高速行驶时适当减少离地间隙以减少阻力，同时降低重心便于提高操控性和舒适性。3）侧倾及纵摆的控制。转向时的车身侧倾、加速、制动时车身的纵摆都可以通过调整有关车轮的悬架参数来解决，提高了舒适性，同时消除或减少了由于车身运动而带来了车轮定

20、位参数的变化和制动跑偏等问题。提高了操纵性，也减轻了对转向传动机构、- - 9汽车主动控制悬架系统研究悬架杆系设计时的过高要求。4接地性。通过调节悬架系统参数可降低车轮动载波动，提高附着效果，有利于操控性。同时也减轻了轮胎的磨损。缺点方面,主动悬架系统结构及控制策略复杂。其硬件要求高、耗能大、成本高，且采用主动悬架会增加整车重量，其给整车空间布置也带来了一定的困难，这些都对目前限制主动悬架普及的原因。3.4 主动悬挂技术应用发展状况及趋势1954年，通用公司的 Federspiel Lacrosse 教授首次提出主动悬架的概念。1955年作为较早开始研发主动悬架的公司之一，法国雪铁龙研发了一种

21、纯机械式的油气主动悬架系统，但是它的制造工艺过于复杂，最终未能普及。1995年Obsen和 Allen 在主动悬架系统上尝试采用惯性来测量加速度和驱动液压阀。进入80年代后，随着电子技术的广泛应用，使得主动悬架系统得以真正实现。 1982年美国Lotus 公司研制了有源主动悬架，并在Vovlo740汽车上进行试用。 1984年美国Lotus 公司发明了主动悬架专利，且应用于赛车。1986年日本丰田soarer 车型上采用可以对阻尼刚度三级可调的主动空气悬架系统。1989年丰田Celica 车型上装备了真正意义的油气弹簧主动悬架系统。1991年日本NISSAN 在无限Q45车型上装备来了全主动油

22、气弹簧悬架。近年来保时捷、奔驰、宝马、福特、奥迪等汽车公司也都纷纷在其高级轿车上装备了各自开发的主动悬架系统。表3.2列出了部分车型的主动悬挂系统。表3.2 部分车型的主动悬挂 公司 车型主动悬架类型及特点主动油气悬挂，车高4级可调，二级阻尼设定并与刚度调节一起实现“舒适”与“运动”两种工作模式主动空气悬架，配备双功能空气悬挂系统（AirmailDC ），综合调节刚度，阻尼和车高等参数主动液压悬架 配备主动车身控制系统（ABC ），对侧倾、纵摆、跳动和车高的控制更加迅速、精确 PSA 奔驰 雪铁龙C 5 S 级 CL 级奥迪宝马 A 8 7系 主动空气悬架，配备自适应空气悬架系统（AAS ）

23、主动空气悬架（带液压马达控制防侧倾杆系统）。配备保时捷主动悬架管理系统和主动式动态驾驶系统10毕业设计（论文） 保时捷 卡宴GTS 主动空气悬架（带液压马达控制防侧倾杆系统）。配备保时捷主动悬架管理系统(PAMM和保时捷动态底盘控制系统（PDCC ）.同时主动悬架在军用车辆上的研究及应用也是从很早时候就开始了，英国早在70年代就开始在“蝎”使轻型坦克上实验了液力机械主动悬架系统。2005年底美国L3公司牵头研发生产的电控主动式悬架系统（ECASS）开始在“悍马”上进行试验。目前主动悬架研发的重点和难点主要是执行器和控制策略。其主要方向也必然是围绕上述两部分技术寻求突破，具体如下：1随着电子技术

24、及智能材料的出现，全新的性能更好的执行器不断出现，比如直线伺服电机、电磁蓄能器，带液压马达控制防侧倾杆系统都是研发热点。2针对目前执行器本身的缺点，如果能在执行器的响应速度、能耗、重量及体积、成本及集成度等一项或多项上能有较大提高，都将大大利于主动悬架的普及。3关于非线性段控制算法和提高算法鲁棒稳定性的研究。解决这些问题可以从多方面下手，一是继续研究新的控制算法；二是寻找多种控制算法的复合办法。毕竟单一的算法都要其自身的局限性。如基于LQG的模糊逻辑控制算法等。三是针对模型的不确定性问题，如果能克服及利用“抖振”现象和利用其极限刚度，滑模控制可能是一个较好的方法。4底盘各主动控制系统的联合控制

25、。车辆各系统之间，车辆各性能之间都存在着相互影响和相互制约，通过对发动机、制动、转向、悬架等各系统和相关性能进行综合控制，可防止各单独控制键的相互干扰，满足汽车所有系统性能最优而不是单一性能最优化。同时联合控制还可以共享和集成传感器、油压源、控制器。这一年可以提高系统的可靠性，降低成本。3.5主动悬架的电控系统及控制策略主动悬架电控系统是典型的多输入多输出系统，如图所示，其输入主要是当前工况的状态信息，输出主要是调节刚度、阻尼和车高的信号，具体调节方法很多，通过不同的执行元件来实现。无论哪种类型的主动悬架，都需要有行之有效的控制策略，进而产生确、可靠且具有鲁棒性的控制规律及算法，只有这样才能最

26、大限度的发挥主动悬架的性能优势。一直以来主动悬架控制理论研究都是热点，目前已经取得一些研究成果，例如天棚阻尼控制、自适应控制、最优控制、预测控制、神经网络控制、模糊控制、鲁棒控制等。其中有些控制理论已经在量产车中应用。- - 11汽车主动控制悬架系统研究 图 3-4 主动悬架电控系统示意图(1天棚阻尼器控制天棚阻尼器控制理论是由美国的D.KARNOPP 教授提出，在主动控制悬架的控制中被广泛应用。一个弹簧加阻尼器的被动悬架系统的模型如图所示 3-5。而天棚阻尼器控制则设想将系统中的阻尼器移至车体与某“固定的天棚”之间（图b）。就主动悬架系统而言，也就是要求由执行机构产生一个与车体的上下振动绝对

27、速度成比例的控制力来衰减车体的振动。图3-5 被动控制与天棚阻尼器控制的悬架系统模型（a）被动控制系统模型 (b天棚阻尼器控制系统模型对于油空压主动控制悬架系统，车体上下方向的运动方程式可表示为：M b ·Xb =-Ca(Xb -Xw+Pa·A+f- M b ·g (112毕业设计（论文）式中，M b 为车体质量，X b 、X W 分别代表车体与车轮轴的位移；Pa 为油空压缸内所产生的力，A 为活塞上压力油作用面积，Pa·A 为支持车体静载荷而在油空压缸内所应产生的力，f 则是为了消除车体振动而在油空压缸内所应产生的控制力。按照天棚阻尼器控制理论，这个控

28、制力可表示为： f = -Csky ·Xb (2式中C sk y比例系数或者说，油空压缸内应产生一油压增量Pa= -Csky ·Xb /A (3(2 最优控制、H 等现代控制方法这些控制方法，通过建立系统的状态方程式提出控制目标及加权系数，然后应用控制理论求解出所设目标下的最优控制方案。与天棚阻尼器控制方式相比，现代控制方法对系统中更多的变量的影响加以考虑，因而控制效果更好。而且，现代控制方式的应用，主要是在系统的控制软件方面做一些改善，并不增加系统的复杂性。(3预见控制方法当遇到较大或突变的干扰时，由于系统的能量供应峰值和元件响应速度的限制，很可能无法输出所需的控制力而达

29、不到希望的控制效果。而预见控制，由于通过某种方法提前检测到前方道路的状态和变化，使系统有余地地采用相应的措施，有可能降低系统的能量消耗且大幅度改善系统控制性能，取得一举两得的效果。根据预见信息的获取及利用方法的不同，可构成不同的预见控制系统 ，现有的研究中大致有如下两种：1）对四轮全进行预见控制。这种预见控制系统在车的前部设置有特制的预见传感器以测试前方道路的凹凸情况，然后将这些信息传至控制器。控制器根据这些信息计算出控制指令。并将相应信号送至四个轮中的每一个悬架执行机构。从理论上讲，这种系统应该取得最为理想的控制效果，但需要设置特定的传感器。2）利用前轮信息对后轮进行预见控制。在这种控制方式

30、中，两个前轮采用的仅为反馈控制，但通过前轮部分各种传感器所获得的信息，都被作为预见信息而传送至控制器。在决定后轮的控制指令时，控制器不仅考虑当时后轮传感器得到的各种信息，而且也根据当时的车速和前后轮间的跨距，并考虑前轮各传感器所获得的信息。因此，在后轮的执行机构上，实行的是反馈加前向反馈的双作用控制。这样，无须增设特制的预见传感器，只需对控制系统软件做些修改，便可对后轮实施预见控制，从而提高后轮的减振效果，同时就整车而言可以减少车体的摆动。因而控制效果得以改善。(4自适应控制悬架的自适应性表现在两个方面，首先，悬架能够针对不同的路面输入自动的在乘坐舒适性与操纵稳定性之间进行取舍，既在好路面下强

31、调操纵稳定性，而在坏路面下则- - 13汽车主动控制悬架系统研究强调乘坐舒适性；其次，悬架能够针对不同的车辆参数做出反应，并自动进行调整，使控制器在新的参数配置下仍然能够达到性能的最优。(5鲁棒控制在悬架中应用鲁棒控制是为使其在任何工况下都能够性能稳定。悬架系统本质上属于一个非线性系统，而在控制器的设计中，往往将其简化为一个线性系统。汽车实际运行在一个多变且相对恶劣的环境中，由于噪声的干扰、系统建模误差，车辆参数的多变性等原因，原本在理论仿真和正常条件下控制性能良好的控制器就很可能出现失稳的情况。鲁棒控制很好的解决了这个问题。但因为它主要考虑的是控制器的稳定性，是在稳定性的前提下寻找满意解。也

32、就是说，以性能换稳定，这种设计思想偏重于保守。(6变结构控制变结构控制是一种控制系统的综合方法。它是通过切换函数来实现的。当系统的状态变量所决定的切换函数值，随着系统的运动达到某一特定值时。控制系统就由一种结构转变为另一种结构。变结构控制的一大优点是其滑动模态对加给系统的干扰和摄动具有完全的自适应性。(7模糊控制模糊控制是对人脑所具有的模糊推理机能的模拟。它应用模糊数学的知识，模拟人的思维方法，把人用自然语言描述的控制策略改造成模糊控制规则，按此规则确定控制量，再对控制量进行解模糊，得到精确的控制值。模糊控制中关键就是控制规则的确定，它是许多专家经验和知识的结合。近几年对模糊控制的研究非常多但

33、真正实用的却非常少。尽管对这些控制理论的计算机仿真模拟比较成功，证明它们确实能大大改善汽车的行驶性能，但上述工作的大部分仍然只限于理论研究阶段，各种现代控制方法在汽车悬架控制中的运用仍然停留在理论探索、仿真及台架试验阶段。因为它控制算法比较复杂，所需控制器成本高，而且要求的执行元件精度高，响应快等等，这一些都决定了它的难实用性。14毕业设计（论文）4主动悬架系统对汽车制动性能改善分析4.1问题的提出由于汽车质量的存在，加速及制动过程中必然会产生质量转移，质量转移直接影响到汽车动态轴向载荷的变化。而车轮可能产生的最大制动力与汽车的轴向载荷有着直接的关系，即: Fb =h Fz (其中: Fb 为

34、制动力，h为附着系数， Fz 为车轴载荷 。汽车在制动过程中，由于质量转移使得各车轴在原静态轴向载荷的基础上附加了动态轴向载荷。这个动态轴向载荷使得前轴总轴向载荷增加，后轴总轴向载荷减小。由于汽车前、后轴的制动力分配比例是一定的，这样，前轴轴向载荷的增加不可能使地面制动力增加，而后轴轴向载荷的减小将直接影响到制动状态。当车轮制动力比较小时，由于制动力未超过地面附着极限，地面制动力不会减小，总制动力基本保持不变。但是当车轮制动力比较大时，由于后轴轴向载荷的减小，使制动力超过地面附着极限，后轮地面制动力减小，对于无制动防抱死系统的车辆或者制动防抱死系统不工作的情况下，后轮会产生抱死，使车辆处于一种

35、非稳定状态，影响汽车的制动性能。所以，如何减小汽车制动过程中的质量转移，进而减小车辆轴向载荷的变化，使最大制动力尽量保持在原来水平，保证汽车足够的制动力以及制动稳定状态，是需要研究的问题。从设计角度考虑，通过减小质心高度、增大轴距的方法可以有效降低质量转移。但是，轴距大小影响汽车的总长、通过性、操稳性等性能，而质心高度影响到汽车的最小离地间隙进而影响到汽车的通过性参数，这些参数在设计过程中一经确定，很难进行改动。4.2模型的建立主动悬架系统就是在原被动悬架系统的基础上，加装一个可以产生作用力的动力装置。动力装置由液压源、液压缸和电磁控制阀等组成。通过控制系统调整液压缸压力，来改变车身运动状态。

36、由于在此仅考虑汽车制动过程中俯仰运动所引起的质量转移，左右侧的运动状态基本接近，为了讨论问题简单，选择汽车的单车辙模型进行讨论，其简化模型如图4-1所示。- - 15汽车主动控制悬架系统研究 图4-1 汽车主动悬架系统单车辙简化模型系统的动力学方程为:m 2Z 2= -K2v （Z2 LV Z1V ）-d 2v (Z - LV Z1V + FAV-k 2H (Z2 +LH Z 1H d2H(Z-LH - Z1H +FAH (1m 1V Z 1v = K2v （Z2 LV Z1V ）+d2v (Z2 - LV Z1V - FAV-k 1H (Z1v Z0v d2H (2m 1H Z 1H = K

37、2H （Z2 +LV Z1H ）+d2H (Z2 + LH Z1H - FAH-k 1H (Z1H Z0H (3J 2 = k2V ( Z2 - LV - Z1V LV + d2V（Z2 LV Z1V ）LV - FAV LV- k2H ( Z2 +LH - Z1H LH - d2H16毕业设计（论文）(Z 2 + LH Z1H LH + FAH LH-m2a x hg (4式中: m 2 车身质量；LV 质心距前轴距离；LH 质心距后轴距离；k2V 前悬架刚度系数；k 2H 后悬架刚度系数；d 2V 前悬架减振器阻尼系数；d 2H 后悬架减振器阻尼系数；m 1V 前非悬挂质量；m 1H 后非

38、悬挂质量；J 2 汽车绕横轴的转动惯量；z 2 车身垂直位移；车身俯仰角；z 1V 前车轮垂直位移；z 1H 后车轮垂直位移；z 0V 前车轮与地面接触点的不平度；z 0H 后车轮与地面接触点的不平度；F AV 前悬架主动作用装置产生的作用力；F AH 后悬架主动作用装置产生的作用力；a X 制动过程中纵向加速度。用状态量代换各物理量，即:x 1 = z2 ； x2 = z2 ； x3 = z1V ； x4 = z1V ； x- - 175 = z1H ；汽车主动控制悬架系统研究x 6 = z1H ； x7 =； x8 =得到的系统的状态方程为:X= AX +B X0 + CU +DAX (5

39、在此研究汽车制动过程中的俯仰运动,所以忽略地面不平度的影响,即: z0R = z0L = 0式(5简化为:X= AX + CU +DAx (64.3控制器的建立由于前、后悬架弹簧变形量之差间接反映了汽车俯仰角的大小,即反应了汽车俯仰运动状态，它与前、后轴轴向载荷大小有着密切的联系，所以这里取液压缸的作用力大小和前、后悬架弹簧的变形量之差以及它们的变形速度之差成线性关系，即控制器的输入为前、后悬架弹簧的变形量和它们对应的变形速度，输出为前、后悬架液压缸的作用 力，控制器框图如图4-2所示。图4-2 控制器框图输出与各状态量之间关系可以用如下关系式表示：U=EX (7其中:E反馈系数矩阵 E矩阵中

40、:F1 和 F2为反馈控制系数。4.4模拟分析在模拟过程中,采用一种车型的单车辙模型,各参数值如下:m 1V =m1H = 25kg; k1V = k1H = 17万N /m;18毕业设计（论文）m 2 = 660kg; k2V = k2H = 1.3万N /m;d 2V = d2H = 1000Ns/m; J2 = 1570kgm2h g = 0. 5m; LV = 1.542m; LH = 1.542m。模拟汽车直线制动过程中,前、后轴轴载荷的变化以及制动力变化情况。输入的减速度为近似阶跃信号(由0上升到最大减速度的时间为0.25 s ,取地面附着系数为0.5,汽车可能达到的最大减速度为4.9m / s2。载荷变化的模拟结果如图4-3所示。由于载荷变化产生的减速度变化曲线如图4-4 所示，速度随减速距离变化关系如图4-5所示。 图3 制动过程中后轴轴载荷随时间变化曲线图4