随着悬架电控技术的发展,人们对车辆系统行驶平顺性与行驶安全性的要求不断提高,车辆半主动悬架通过调节阻尼减振器的阻尼系数,能显著地改善车辆悬架的平顺性能。其中,由于天棚控制半主动悬架具有较好的可靠性,得到了国内外学者的广泛关注。为协调在天棚控制下的车辆行驶平顺性和行驶安全性的矛盾冲突,本文基于二自由度受控悬架模型,设计了一种基于超球面采样变换的无迹卡尔曼滤波算法(Spherical Simplex Unscented Kalman Filtering,SSUKF)观测器,通过观测器得到悬架行驶平顺性与行驶安全性指标的测量值,建立了天棚地棚混杂可拓控制(Sky-hook and Ground-hook Hybrid Extension Control,SGHEC)系统,该系统能够根据车辆的行驶状态智能地切换控制算法,抑制簧载质量以及非簧载质量的振动,并对该控制系统进行了的软硬件开发以及台架试验等方面的研究。论文的主要研究内容为:首先,在深入研究车辆悬架动力学特性的基础上,搭建了二自由度和七自由度两种受控悬架的数学模型,并对天棚控制、地棚控制以及天棚地棚混杂控制(Sky-hook and Groundhook Hybrid Control,SGHC)下的二自由度模型进行了频域分析。基于车辆动力学以及随机振动理论,推导得出路面激励时域模型。通过车辆动力学CarSim仿真软件与两种受控悬架模型的对比仿真,验证了两种受控悬架可行性,为车辆行驶平顺性与行驶安全性的协调控制设计奠定了基础。其次,结合了无迹变换方法和卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)理论,设计了标准无迹卡尔曼滤波(Standard Unscented Kalman Filtering,SUKF)悬架观测器系统。为了提高观测器的响应速度,结合超球面采样变换的方法,搭建了SSUKF悬架观测器系统。对比分析了SSUKF、SUKF以及其他滤波算法观测车辆行驶平顺性和行驶安全性的估计值,验证了SSUKF具有响应时间短以及估计精度高的优势。然后,基于可拓理论,设计了SGHEC分层悬架系统,该控制系统由上下两层控制器组成。上层为可拓控制器,根据传感器测得的悬架状态,通过关联函数决定了下层控制器的权重。下层控制器为混杂控制器,根据上层控制器的权重,实现了对天棚控制、地棚控制以及SGHC的切换。搭建了SGHEC悬架模型,验证了SGHEC系统的可行性。通过MATLAB/Simulink与ve-DYNA的联合仿真,分别对被动悬架系统、天棚控制系统以及SGHEC系统在时域和频域内的车辆行驶平顺性和行驶安全性进行对比分析,仿真表明SGHEC悬架在改善车辆行驶平顺性的同时能够保证车辆行驶安全性。最后,进行了基于SSUKF观测器的SGHEC悬架台架试验。台架试验的结果表明,与被动悬架系统相比,车身加速度下降了34%,轮胎动载荷下降了6%,从而验证了基于SSUKF观测器的SGHEC的方案能够显著改善车辆行驶平顺性和行驶安全性的可行性。