汽车悬架控制技术的研究现状和发展趋势

悬架系统对提高汽车行驶平顺性和操纵稳定性起着重要的作用.被动悬架很难进一步提高汽车行驶的平顺性.主动悬架减振效果非常理想,但其能耗大、成本高.而半主动悬架可以很好地满足平顺性的要求,而且结构简单、价格低,因而成为汽车工业界的研究热点.本文介绍了汽车悬架系统的类型和工作原理,对半主动悬架的控制方法和研究动态进行了综述,并对其未来的发展方向提出了建议.     

现代控制理论在汽车悬架控制中的应用

简述了现代控制理论的发展以及汽车悬架系统的发展;综述了为提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性所做的控制策略研究;侧重阐述了现代控制理论在汽车悬架控制系统中的应用;最后,通过对目前汽车悬架控制研究的分析,展望了今后汽车悬架控制的发展方向.     

汽车磁流变半主动悬架系统设计与试验

为了提高汽车的平顺性和行驶稳定性,设计了一种安装双出杆式磁流变减振器的汽车半主动悬架系统。在分析传统的磁流变减振器力学模型的基础上,提出了一种改进的磁流变减振器多项式模型,建立了基于磁流变减振器的半主动悬架系统动力学模型;设计了磁流变减振器物理样机,进行了磁流变减振器的力学特性试验,获得该磁流变减振器的示功特性和速度特性曲线,并利用试验结果进行了模型参数识别与模型验证。考虑时滞对悬架系统的影响,计算了该磁流变半主动悬架的临界时滞,采用Smith预估时滞补偿控制策略,设计了磁流变半主动悬架模糊时滞控制器;利用Matlab软件进行了磁流变半主动悬架时滞补偿控制仿真对比分析;研制了汽车半主动悬架测试系统,开展了磁流变半主动悬架控制台架试验。仿真与试验结果表明,所研制的磁流变减振器耗能效果良好,控制灵敏;试验建模所获得的改进型磁流变减振器多项式力学模型是正确的。与被动悬架相比,在正弦激励和随机路面谱输入下磁流变半主动悬架的簧载质量加速度下降30%左右,减振效果明显。     

汽车电动助力转向与悬架集成系统的研究

转向与悬架系统是汽车底盘系统中影响车身姿态和行驶安全性的两大关键系统。由于汽车的运行工况是经常变化的,因此对转向或悬架的单独控制难以保证汽车操纵稳定性和行驶平顺性同时得到提高。因此,如果对转向与悬架系统进行组合并良好匹配,可以很好地改善汽车的操纵稳定性,又改善了汽车在各种行驶条件下的乘坐舒适性。因此本文对EPS与自适应悬架系统集成控制及控制器的设计进行了初步研究。     

乘用车前后悬架生产与质量管理

汽车悬架系统是保证汽车行驶舒适性和安全性的重要组成部分,其作用是将车轮上的垂直力、纵向力和横向反作用力传递给车架或车辆,并将这些力产生的扭矩传递给车架。为了使汽车悬架系统在汽车动力中发挥更加稳定有效作用,需要对其生产工艺与质量管理进行严格把控。本文通过介绍汽车前后悬架的基本体系,分析悬架系统的生产工艺;对生产的悬架零件的前后悬架管理提出相应措施,仅供参考。     

汽车主动悬架与转向系统的集成控制

在建立了汽车主动悬架与转向系统集成控制模型的基础上,应用LQG控制理论,设计了汽车主动悬架与转向系统LQG集成控制器,并进行了试验仿真,实现了对质心侧偏角、车身横摆角速度、车身垂直加速度、车身俯仰角的集成控制。与被动悬架和转向系统、主动悬架与转向系统单独控制相比,汽车的平顺性、操纵稳定性和安全性都有了显著改善,为汽车底盘集成控制研究提供了依据。     

基于ADAMS的悬架仿真及优化

基于某型号汽车的悬架系统,采用动力学仿真软件ADAMS/Car对该悬架系统进行仿真分析与优化。在ADAMS系统中构建悬架模型,展开平顺性仿真分析和悬架参数仿真分析,获得车轮定位参数仿真数据,并通过ADAMS/Insight模块对车轮定位参数做优化设计,找出合适的优化方案。这为以后的悬架改进提供了优化基础,改善了车辆的平顺性和操纵稳定性,最终达到研究悬架参数对改善车辆行驶平顺性的目的。     

车辆惯容器-弹簧-阻尼器半主动悬架模糊控制

为了研究惯容器-弹簧-阻尼器(ISD)半主动悬架系统对汽车平顺性和安全性的影响,建立了2自由度车辆ISD半主动悬架模型,采用模糊控制策略,以车身垂直加速度及车身垂直加速度变化率作为模糊控制器的输入信号对ISD半主动悬架系统进行了仿真分析。在此基础上,设计开发了基于dSPACE的半主动悬架模糊控制系统,并进行了台架试验研究,分析了ISD半主动悬架系统在不同车速下对随机输入路面的相应。仿真结果和台架试验结果基本吻合,结果表明：所建立的ISD半主动悬架数学模型正确,采用模糊控制的ISD半主动悬架系统在减少振动,提高汽车行驶平顺性方面要优于ISD悬架。     

汽车横向稳定杆系统优化设计

横向稳定杆系统是汽车悬架中的一种重要辅助弹性元件,在改善汽车平顺性方面可以提高汽车的侧倾刚度,减少汽车横向侧倾程度。基于此目的,在满足汽车安全可靠的基础上,对汽车横向稳定杆系统进行了合理的悬架系统刚度匹配及轻量化设计,最后通过对优化后汽车前后横向稳定杆系统的ANSYS疲劳寿命校核,结果表明汽车的操纵稳定性通过优化得到显著提升。     

半主动悬架仿真与试验研究

建立了2自由度汽车半主动悬架模型,采用智能控制策略,对半主动悬架系统进行数值仿真。在此基础上,设计了半主动悬架智能控制系统,并进行了台架试验。结果表明半主动悬架系统在减少振动,提高汽车行使平顺性方面要优于传统被动悬架系统。     

基于联合仿真的主动悬架自适应模糊PID控制研究

利用ADAMS建立了1/4车辆主动悬架的机械模型,运用MATLAB设计了基于自适应模糊PID控制算法的主动悬架控制系统,通过ADAMS/Control模块与MATLAB的接口实现了基于车辆悬架多体模型的主动控制联合仿真.仿真结果表明,采用自适应模糊PID控制能取得很好的控制效果,与被动悬架相比显著地降低了车身加速度和轮胎动位移,大大提高了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性.     

越野汽车前轮摆振影响因素仿真

针对EQ2102型越野汽车的前轮摆振问题,建立了典型非独立悬架汽车转向系统力学模型,获取了计算模型的所需参数,设计了转向系统刚度测量方案,利用Matlab进行了仿真计算,分析了汽车摆振的影响因素,对车轮失衡量、系统刚度和转向系阻尼对摆振的影响进行了理论分析。     

基于卡尔曼滤波器的半主动悬架仿真和试验

设计了Kalman滤波器来估计悬架的相对速度和绝对速度,采用天棚控制算法,建立了基于观测器的1/4车辆半主动悬架天棚控制器。仿真结果表明,所设计的Kalman滤波器能较好地估计被控悬架的绝对速度和相对速度。建立了1/4车辆半主动悬架测控试验系统,对基于观测器的半主动悬架天棚阻尼控制进行了试验验证。试验表明,观测器可以较好地估计悬架的状态,对比被动悬架,基于观测器的磁流变半主动悬架天棚控制器提高了行驶的平顺性。     

基于电磁阀减振器的1/4车辆半主动悬架非线性控制

在电磁阀减振器力-速度特性试验基础上,针对电磁阀减振器1/4车辆半主动悬架非线性特性和电磁阀减振器可调阻尼力输出饱和特性,提出一种基于输入饱和的滑模控制策略。建立半主动悬架1/4车辆非线性模型和输入简化的悬架参考模型。设计半主动悬架1/4车辆非线性模型滑模控制器,同时考虑电磁阀减振器阻尼力存在的输出饱和特性,设计辅助分析系统,以控制补偿信号对滑模控制器进行饱和补偿。Matlab/Simulink仿真与台架试验结果表明:设计的输入饱和滑模控制器能有效消除电磁阀减振器输出饱和特性影响,使电磁阀减振器半主动悬架车身垂向加速度、悬架动挠度等性能指标很好地跟踪或接近悬架参考模型理想输出,优化电磁阀减振器半主动悬架非线性控制与设计,有效改善车辆乘坐舒适性。     

基于模型预测控制的汽车底盘协调控制策略

通过电子控制系统主动干预车辆的纵向、横向和垂向动力学特性,可以提高车辆的稳定性和操纵性,进而保证车辆的安全行驶。将主动转向、主动横摆力矩控制和主动悬架结合,根据轮胎的力学特性,利用模型预测控制策略,通过轮胎力分配,实现底盘三向动力学的协调控制,并进行了仿真验证,结果表明与两向动力学协调控制相比,该控制策略可以有效提高整车的主动安全性。     

凝聚函数在拖拉机振动分析中应用

拖拉机行驶时,由于路面不平度的影响,机体会产生较为强烈的振动,需要加以控制。按照振动理论建立一个两自由度系统车辆简化物理力学模型,亦即把地面视为振动输入,车轮悬挂系统视为弹性支承点,车体视为平面刚体,然后根据随机数据分析方法,运用凝聚函数有效地辨识多自由度系统振动传递关系,这对于车辆振动研究和振动控制提供了一种有效的分析手段。并以凝聚分析在拖拉机机体振动研究中的应用为例,表明利用该方法可以有效的解决拖拉机振动舒适性问题。     

基于悬架效用函数的车身姿态控制

为了研究悬架控制对车身运动姿态的影响,运用八板块假说对整车模型进行分析,提出了构造悬架效用函数的方法,并且给出了基于熵值法优化权值方法,设计出相应的Simulink控制器;以某车型为例建立整车多体动力学模型,进行了脉冲路面和蛇形道路下不同车速工况的SIMPACK/Matlab联合仿真,将基于悬架效用函数优化的模糊控制和现有其他控制方法的悬架减振效果进行了对比分析;理论分析和仿真试验证明,基于悬架效用函数优化的模糊控制是可行的,较好地改善了车辆的平顺性,并能有效抑制车身俯仰和侧倾运动.     

空气悬架车辆道路友好性分析

以1/4钢板弹簧悬架车辆和空气悬架车辆模型为仿真对象,建立模拟运动微分方程,模拟C级路面为随机输入,对模型进行了计算机仿真。研究结果表明:空气悬架车辆的车轮动载荷大大降低,其道路友好性能明显优于钢板弹簧悬架车辆,可以延长公路的使用寿命方面,节约大量的道路维护费用。     

多轴越野车辆油气悬架系统参数仿真

建立了多轴越野车辆的平面力学模型,对其参数进行了计算机仿真,仿真参数包括悬架弹簧变刚度和变阻尼,分析涉及的车辆模型有弹簧悬置的车体和4个车桥.研究了车辆系统的6个自由度的运动方程及动态特性.分析了车辆在粗糙路面上的油气弹簧刚度和阻尼特性的非线性变化规律,获得了多轴车辆悬架系统在路面激励下的响应特性,提出提高车辆平顺性的途径.