周良生+雷盼飛

摘要：主動(dòng)懸架能夠充分發(fā)揮懸架系統(tǒng)的隔振能力，提高車輛行駛平順性和操作穩(wěn)定性，已經(jīng)成為當(dāng)前汽車懸架發(fā)展的熱門方向。隨著控制算法的不斷優(yōu)化，傳感器、控制器性能的不斷提升以及成本的降低，主動(dòng)懸架必將成為未來(lái)車輛懸架系統(tǒng)的普遍配置。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)懸架；控制策略；發(fā)展方向

0引言

懸架是現(xiàn)代汽車上的重要組成部分，它把車身（或車架）與車輪（或車軸）彈性地連接起來(lái)，傳遞作用在車身與車輪間的力以及力矩，并且緩和由于路面的不平而引起的沖擊載荷，削弱由此帶來(lái)的振動(dòng)。車輛懸架對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、通過(guò)性等都具有重要影響，因此懸架的設(shè)計(jì)調(diào)教一直是汽車研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。

1主動(dòng)懸架系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1主動(dòng)懸架系統(tǒng)

主動(dòng)懸架的基本原理是靠自身的能源通過(guò)執(zhí)行元件對(duì)振動(dòng)進(jìn)行“主動(dòng)”干預(yù)，其不再有傳統(tǒng)意義上的彈簧剛度和阻尼特性，懸架中的彈簧和減振器全部或者至少部分被執(zhí)行元件所取代。系統(tǒng)還包括各種必要的傳感器、信號(hào)處理器和控制單元?？刂茊卧鶕?jù)檢測(cè)到的各種信號(hào)判斷汽車的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)事先設(shè)定的控制策略決定執(zhí)行元件輸出的力，滿足系統(tǒng)要求。主動(dòng)懸架具有更好的平順性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大，而且要消耗相當(dāng)一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

1.2主動(dòng)懸架系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外關(guān)于車輛主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究已有四十多年的歷史，特別是20世紀(jì)80年代后，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視這項(xiàng)研究。目前，世界各大汽車公司及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)都在投人相當(dāng)大的人力和物力，研制性價(jià)比高的車輛懸架系統(tǒng)，以便在車輛上得以廣泛應(yīng)用。如德爾福公司生產(chǎn)的磁流變減震器（MagneRide）已應(yīng)用于Chevrolet Corvette、卡迪拉克Seville旅行車和Audi TT跑車等多種車型的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中；梅塞德斯-奔馳S級(jí)、CL級(jí)和SL級(jí)等車型上裝備了其研發(fā)的ABC主動(dòng)液壓懸架系統(tǒng)；最新的AudiA8L轎車裝備了AAS主動(dòng)空氣懸架；Audi A6L Quattro 車型、輝騰、BMW 7 系列轎車和寶時(shí)捷卡宴等車型采用了威布克公司的 ECAS 主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)。

相較于國(guó)外已經(jīng)開始的商業(yè)化應(yīng)用，國(guó)內(nèi)對(duì)于主動(dòng)懸架的研究還基本停留在理論研究階段。在作動(dòng)器方面，南京航空航天大學(xué)對(duì)磁流變減振器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了半主動(dòng)懸架的測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。重慶大學(xué)對(duì)磁流變阻尼器的流變理論和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入的研究，解決了磁流變阻尼器磁路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)技術(shù)問題。西北工業(yè)大學(xué)提出了一種基于電動(dòng)靜液壓作動(dòng)器EHA（Electro—Hydrostatic Actuator）的汽車主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)。在控制算法方面，結(jié)合傳統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論，進(jìn)行了各種控制策略的探討和仿真以及試驗(yàn)，驗(yàn)證了許多控制算法的特性及其控制效果。

2幾種主要的控制策略

2.1天棚阻尼控制

天棚阻尼控制，其控制思想是在車身上施加一個(gè)與車身絕對(duì)速度成正比的阻尼力以抑制車身振動(dòng)，通過(guò)合理的選擇有關(guān)參數(shù)可徹底消除系統(tǒng)共振現(xiàn)象。天棚阻尼控制主要是對(duì)車身振動(dòng)進(jìn)行有效的抑制，使得舒適性效果好，但是在操穩(wěn)性方面效果差?；谔炫镒枘岬目刂品椒ê?jiǎn)單且計(jì)算量少，只需要測(cè)量車身速度和懸架相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的傳感器，在實(shí)際車輛中應(yīng)用較多。

2.2滑模控制

滑?？刂疲⊿MC）又稱為變結(jié)構(gòu)控制，本質(zhì)上是一種非線性控制，其非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性，系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”可以在動(dòng)態(tài)過(guò)程中根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預(yù)定“滑動(dòng)模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)，這就使得變結(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)、對(duì)參數(shù)變化及擾動(dòng)不靈敏、無(wú)需系統(tǒng)在線辯識(shí)，物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其對(duì)模型參數(shù)的不確定性和外界擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性，但是在高頻切換時(shí)容易引起“抖振”。

2.3最優(yōu)控制

最優(yōu)控制是利用最?。ㄗ畲螅┲翟?，選擇一個(gè)容許控制u（t），在約束條件下，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)函數(shù)取最?。ㄗ畲螅┲?。最優(yōu)控制充分考慮了車輛系統(tǒng)中更多狀態(tài)變量的作用，所以控制效果更好，但是在系統(tǒng)建模時(shí)由于忽略了系統(tǒng)的一些復(fù)雜因素，因此所建模型與實(shí)際的預(yù)期有誤差，甚至有可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化。許多學(xué)者將最優(yōu)控制與其它優(yōu)化算法或控制算法結(jié)合起來(lái)，提出了自適應(yīng) LQG控制，基于遺傳算法的最優(yōu)控制，預(yù)見最優(yōu)控制等。

3主動(dòng)懸架系統(tǒng)的發(fā)展方向展望

3.1控制算法的復(fù)合

控制算法既包括傳統(tǒng)控制理論，比如天棚控制、地棚控制、最優(yōu)控制、滑?？刂频龋职爽F(xiàn)代控制理論，比如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。每種控制算法都有其適用性范圍、控制的優(yōu)缺點(diǎn)，單一控制算法總是存在一些無(wú)法避免的缺陷，因此當(dāng)前對(duì)于主動(dòng)懸架控制算法的研究已經(jīng)逐步從單一算法控制走向多種算法聯(lián)合控制，這樣既能發(fā)揮單一算法在某方面的優(yōu)越性，又能夠利用不同算法的差異性進(jìn)行功能互補(bǔ)，相較于單一控制算法獲得更好的控制效果。

3.2控制器與傳感器的開發(fā)

控制器是控制算法實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)控制的重要硬件基礎(chǔ)，控制器的目標(biāo)是收集來(lái)自車輛傳感器的各種類型的信息，進(jìn)行大量的高速數(shù)據(jù)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果即控制命令傳遞給作動(dòng)器執(zhí)行。在主動(dòng)懸架控制中控制算法運(yùn)算量大，而且控制過(guò)程的時(shí)間要求非常短，因此如何提升控制器的運(yùn)算效率是當(dāng)前的主要困難。傳感器是控制器的信息來(lái)源，也是主動(dòng)懸架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的依據(jù)。當(dāng)前雖然各種類型的傳感器都已經(jīng)存在于市場(chǎng)，但是尺寸大、精度低、穩(wěn)定性差、價(jià)格昂貴等問題依然是困擾傳感器進(jìn)一步發(fā)揮作用的阻礙。

3.3作動(dòng)器和車身的研制

目前磁流變液減震器雖然已進(jìn)入商品化階段，但在使用上還存在如噪聲、耐久性、穩(wěn)定性等問題，還需進(jìn)一步深入研究。此外，還有許多新型的主動(dòng)液壓、氣壓減震器，直線電機(jī)作動(dòng)器等都是研究的熱門方向。在車身的研制方面，不斷優(yōu)化車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及與懸架系統(tǒng)的匹配，達(dá)到車身與懸架系統(tǒng)的最優(yōu)匹配，從而降低車身的振動(dòng)，提升舒適性。

總的來(lái)看，主動(dòng)懸架作為今后車輛懸架發(fā)展的一個(gè)重要方向，必然會(huì)在系統(tǒng)建模的合理化、控制理論復(fù)雜化和控制硬件的有效化上不斷加大研究力度。相信這些研究會(huì)不斷豐富主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，推動(dòng)主動(dòng)懸架在車輛上的應(yīng)用。

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