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【摘 要】在悬架系统硬件设计不变的情况下，不同的控制规律会导致不同的控制效果；而且半主动悬架与全主动悬架相比仅仅是控制对象能量消耗方式不同，因此半主动悬架的控制律设计完全可以基于主动悬架的控制策略来进行，只需根据消耗能量的情况进行适当的修正。所以对主动悬架控制策略的设计与研究就显得更为有意义。
【关键词】主动悬架；模糊控制；PID控制；仿真
引言：
汽车悬架性能的好坏直接影响汽车行使的平顺性和操纵稳定性，为了克服被动悬架对汽车性能改善的限制，近年来出现了主动悬架系统。主动悬架能够根据工况变化，实时主动地调整和产生所需的悬架控制力，以抑制车身的振动，使悬架处于最优减振状态，达到同时改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性的目的。
1半主动悬架的涵义
半主动悬架系统是无源控制，系统输入少量的调节能量来局部改变悬架系统的动特性（刚度或阻尼系数），作动器价格低、能耗小、结构简单，又因系统动特性变化很小，仅消耗振动能量，故稳定性好，同时减小振动的能力几乎和主动悬架一样，其控制品质接近主动悬架。因此半主动悬架技术日益受到人们的重视，已成为当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。
2主动悬架控制的力学模型
尽管各种悬架的结构不同，但研究来自不平路面激励引起车体的垂直振动都可用1/4车辆力学振动模型表示。这是因为，虽然模型没有包括汽车的整体几何信息，也无法用它来研究汽车俯仰角振动及侧倾角振动，但它包含了实际问题中的绝大部分基本特征。当考虑如下特点时，1/4悬架是最简单有效也最为适宜的模型：
（1）在保持正確有效性的前提下，减少系统描述参数；
（2）尽量减少系统运行参数的数量；
（3）利于控制律的探索。如果车身的质量分配系数在0.8～1.2之间，则认为车身前后部的振动是相互独立的，即说明研究的车型纵向结构完全独立，前后轮完全解祸，在对称激励输入时我们就可建立代表四分之一车辆的二自由度模型。用这种模型进行分析时，求解容易，计算量小，且对于大波长、低频激励更有效，研究人员通常用其验征控制理论的正确有效性。
3半主动悬架系统发展的关键技术
（1）可调阻尼减振器
目前，在半主动悬架系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼困难，因此半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构。
筒式减振器阻尼产生机理有两方面：一是减振器油液有黏度，二是减振器油液流经各节流口时产生阻力，即为减振器阻尼力。从简式减振器阻尼产生机理来看，实现阻尼调节的方式有两种：一是调节减振器油液的黏度，二是调节节流口的开度。
采用第一种方式（即调节减振器油液粘度）实现调节阻尼的减振器，根据不同的机理又可以分为两种：电流变减振器和磁流变减振器。磁流变（电流变）减振器是以磁流变（MR）液体（分散的铁粉微粒）为介质的柱式减振器，通过传感器感知悬架减振系统的运转，通过调节电流改变磁场（电场）强度，改变磁性流体的粘、剪特性，进而达到改变阻尼特性的目的。
采用第二种方式，通过调节节流口开度实现阻尼调节的减振器，是在传统双筒式减振器的基础上发展而来的。一般有两种实现方式：一是采用步进电机调节内置于活塞上的节流口实现调节阻尼，这种方式通过调节活塞杆芯转动阀片，控制活塞上的节流孔的开度大小，从而实现阻尼的连续调节；二是在原有的双筒式减振器基础上增加中间缸和电磁阀实现调节阻尼。理论和实际证明，采用调节节流口开度的方式实现阻尼调节成本较低，易于实现，经过结构优化，可以较好的解决阻尼迟滞现象，易于商业化。国外对之进行了大量研究，并已有商业化产品问世。有代表性的产品已如美国天纳克公司生产的电子减振器以及德国萨克斯公司生产的连续可变阻尼减振器。
（2）控制策略
skyhook阻尼控制策略是一种经典的半主动悬架阻尼控制策略。美国D·KARNOPP教授提出了该控制方法。skyhook阻尼控制策略能够大幅降低车身垂向振动加速度，而且有良好的鲁棒性。其所需测试仪器少，控制算法简单，因而是目前研究最多，也是应用最多的方法。单一的天棚阻尼控制提高了舒适性，却没有解决好操纵稳定性问题，根据天棚阻尼控制提出的地棚阻尼控制是以非簧载质量为控制对象的一种控制策略，与天棚刚好相反。综合天棚和地棚阻尼控制的优点而产生的混合阻尼控制算法，可以兼顾平顺性和操纵稳定性的要求，目前产业化的半主动悬架系统中采用的控制策略大都是基于skyhook理论的阻尼控制策略。
半主动悬架的控制策略还有很多，比如线性最优控制、预瞄控制、自适应控制、模糊控制等，但出于研究中，并未真正应用在商业化产品上。由于每种主动悬架的控制策略均各有利弊，因此对性能优化的控制器的研发，使各种控制策略的复合成为必然。比如说，主动降振技术的应用。如果当路况有变时再调整悬架系统，这就对执行机构提出了更高的要求，如果根据采集到的历史信号分析预测将来的路况，使悬架系统根据预测做出调整，这样的控制策略将有很大的发展前景。
（3）系统开发评价技术
系统开发评价技术包括系统构型定义、系统与整车匹配的技术、系统试验与评价技术等。半主动悬架的系统构型有多种类型，应根据应用对象（车型、使用工况等）、欲实现的控制功能、成本等诸多开发目标来进行系统构型的定义和规划，根据系统构型定义，进行具体开发工作时，涉及传感器、控制器、执行器等部件的选型和集成。在系统开发过程及与整车匹配过程中，应对半主动悬架系统的硬件在环仿真、在线标定、系统评价等技术给予关注。硬件在环仿真系统中应能够完成整车模型的仿真分析。在线标定系统中应满足道路标定试验的工作需要，具备数据测量、时域信号显示、功率谱分析和结果显示、在线调试、标定功能、悬架控制策略开发和评价系统。
4仿真建模及仿真结果分析
PID控制的主动悬架系统对于车身加速度峰值的改善非常显著，相对于被动悬架其改善的力度达到了50%左右，虽然在动挠度和动载荷方面其控制效果不太良好，但综合考虑的话，采用PID控制的主动悬架的性能还是要明显优于传统的被动悬架。
模糊控制虽然也能改善悬架的性能，其在动挠度和动载荷方面的控制效果优于PID控制的主动悬架，但我们可以看到在加速度这个最为重要的指标上其控制效果比不上PID控制，因此综合考虑的话，单纯使用模糊控制的主动悬架的整体控制效果比不上单纯的PID控制所取得的效果。
将模糊PID控制的仿真结果，与PID控制、模糊控制的结果相比较，容易看出，模糊PID控制在车身加速度这个最重要的性能指标远远优于其它三种控制策略，其对加速度的改善力度相对于被动悬架达到了65%左右，而且鲁棒性也要好于其它三种控制策略。因此，从车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷的这三个指标的综合考虑，模糊PID控制是这几种控制策略中最优的。
6结论
当前汽车工业得到迅猛的发展，汽车理论也越来越得到人们的重视。汽车悬架的主动控制技术是汽车动力学及汽车控制理论中的重要研究课题之一。论文就汽车的主动控制策略进行了一些研究，并且以桑塔纳后悬架单侧的结构参数为例在用Matlab十Simulink进行仿真计算，仿真结果表明汽车的平顺性得到很大的改善，并且具有较好的稳定性。本论文在对汽车主动悬架的发展全面了解和掌握国内外大量同类研究的基础上，重点对主动悬架的控制理论、控制方法进行了比较深入的研究与探讨，取得了较好的研究成果。
参考文献：
[1]余强，郑慕桥.汽车悬架控制技术的发展[J].汽车技术，1994，（9）：1-6
[2]孙求理，张洪欣.主动悬架的发展和技术现状[J].世界汽车，1996
【关键词】主动悬架；模糊控制；PID控制；仿真
引言：
汽车悬架性能的好坏直接影响汽车行使的平顺性和操纵稳定性，为了克服被动悬架对汽车性能改善的限制，近年来出现了主动悬架系统。主动悬架能够根据工况变化，实时主动地调整和产生所需的悬架控制力，以抑制车身的振动，使悬架处于最优减振状态，达到同时改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性的目的。
1半主动悬架的涵义
半主动悬架系统是无源控制，系统输入少量的调节能量来局部改变悬架系统的动特性（刚度或阻尼系数），作动器价格低、能耗小、结构简单，又因系统动特性变化很小，仅消耗振动能量，故稳定性好，同时减小振动的能力几乎和主动悬架一样，其控制品质接近主动悬架。因此半主动悬架技术日益受到人们的重视，已成为当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。
2主动悬架控制的力学模型
尽管各种悬架的结构不同，但研究来自不平路面激励引起车体的垂直振动都可用1/4车辆力学振动模型表示。这是因为，虽然模型没有包括汽车的整体几何信息，也无法用它来研究汽车俯仰角振动及侧倾角振动，但它包含了实际问题中的绝大部分基本特征。当考虑如下特点时，1/4悬架是最简单有效也最为适宜的模型：
（1）在保持正確有效性的前提下，减少系统描述参数；
（2）尽量减少系统运行参数的数量；
（3）利于控制律的探索。如果车身的质量分配系数在0.8～1.2之间，则认为车身前后部的振动是相互独立的，即说明研究的车型纵向结构完全独立，前后轮完全解祸，在对称激励输入时我们就可建立代表四分之一车辆的二自由度模型。用这种模型进行分析时，求解容易，计算量小，且对于大波长、低频激励更有效，研究人员通常用其验征控制理论的正确有效性。
3半主动悬架系统发展的关键技术
（1）可调阻尼减振器
目前，在半主动悬架系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼困难，因此半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构。
筒式减振器阻尼产生机理有两方面：一是减振器油液有黏度，二是减振器油液流经各节流口时产生阻力，即为减振器阻尼力。从简式减振器阻尼产生机理来看，实现阻尼调节的方式有两种：一是调节减振器油液的黏度，二是调节节流口的开度。
采用第一种方式（即调节减振器油液粘度）实现调节阻尼的减振器，根据不同的机理又可以分为两种：电流变减振器和磁流变减振器。磁流变（电流变）减振器是以磁流变（MR）液体（分散的铁粉微粒）为介质的柱式减振器，通过传感器感知悬架减振系统的运转，通过调节电流改变磁场（电场）强度，改变磁性流体的粘、剪特性，进而达到改变阻尼特性的目的。
采用第二种方式，通过调节节流口开度实现阻尼调节的减振器，是在传统双筒式减振器的基础上发展而来的。一般有两种实现方式：一是采用步进电机调节内置于活塞上的节流口实现调节阻尼，这种方式通过调节活塞杆芯转动阀片，控制活塞上的节流孔的开度大小，从而实现阻尼的连续调节；二是在原有的双筒式减振器基础上增加中间缸和电磁阀实现调节阻尼。理论和实际证明，采用调节节流口开度的方式实现阻尼调节成本较低，易于实现，经过结构优化，可以较好的解决阻尼迟滞现象，易于商业化。国外对之进行了大量研究，并已有商业化产品问世。有代表性的产品已如美国天纳克公司生产的电子减振器以及德国萨克斯公司生产的连续可变阻尼减振器。
（2）控制策略
skyhook阻尼控制策略是一种经典的半主动悬架阻尼控制策略。美国D·KARNOPP教授提出了该控制方法。skyhook阻尼控制策略能够大幅降低车身垂向振动加速度，而且有良好的鲁棒性。其所需测试仪器少，控制算法简单，因而是目前研究最多，也是应用最多的方法。单一的天棚阻尼控制提高了舒适性，却没有解决好操纵稳定性问题，根据天棚阻尼控制提出的地棚阻尼控制是以非簧载质量为控制对象的一种控制策略，与天棚刚好相反。综合天棚和地棚阻尼控制的优点而产生的混合阻尼控制算法，可以兼顾平顺性和操纵稳定性的要求，目前产业化的半主动悬架系统中采用的控制策略大都是基于skyhook理论的阻尼控制策略。
半主动悬架的控制策略还有很多，比如线性最优控制、预瞄控制、自适应控制、模糊控制等，但出于研究中，并未真正应用在商业化产品上。由于每种主动悬架的控制策略均各有利弊，因此对性能优化的控制器的研发，使各种控制策略的复合成为必然。比如说，主动降振技术的应用。如果当路况有变时再调整悬架系统，这就对执行机构提出了更高的要求，如果根据采集到的历史信号分析预测将来的路况，使悬架系统根据预测做出调整，这样的控制策略将有很大的发展前景。
（3）系统开发评价技术
系统开发评价技术包括系统构型定义、系统与整车匹配的技术、系统试验与评价技术等。半主动悬架的系统构型有多种类型，应根据应用对象（车型、使用工况等）、欲实现的控制功能、成本等诸多开发目标来进行系统构型的定义和规划，根据系统构型定义，进行具体开发工作时，涉及传感器、控制器、执行器等部件的选型和集成。在系统开发过程及与整车匹配过程中，应对半主动悬架系统的硬件在环仿真、在线标定、系统评价等技术给予关注。硬件在环仿真系统中应能够完成整车模型的仿真分析。在线标定系统中应满足道路标定试验的工作需要，具备数据测量、时域信号显示、功率谱分析和结果显示、在线调试、标定功能、悬架控制策略开发和评价系统。
4仿真建模及仿真结果分析
PID控制的主动悬架系统对于车身加速度峰值的改善非常显著，相对于被动悬架其改善的力度达到了50%左右，虽然在动挠度和动载荷方面其控制效果不太良好，但综合考虑的话，采用PID控制的主动悬架的性能还是要明显优于传统的被动悬架。
模糊控制虽然也能改善悬架的性能，其在动挠度和动载荷方面的控制效果优于PID控制的主动悬架，但我们可以看到在加速度这个最为重要的指标上其控制效果比不上PID控制，因此综合考虑的话，单纯使用模糊控制的主动悬架的整体控制效果比不上单纯的PID控制所取得的效果。
将模糊PID控制的仿真结果，与PID控制、模糊控制的结果相比较，容易看出，模糊PID控制在车身加速度这个最重要的性能指标远远优于其它三种控制策略，其对加速度的改善力度相对于被动悬架达到了65%左右，而且鲁棒性也要好于其它三种控制策略。因此，从车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷的这三个指标的综合考虑，模糊PID控制是这几种控制策略中最优的。
6结论
当前汽车工业得到迅猛的发展，汽车理论也越来越得到人们的重视。汽车悬架的主动控制技术是汽车动力学及汽车控制理论中的重要研究课题之一。论文就汽车的主动控制策略进行了一些研究，并且以桑塔纳后悬架单侧的结构参数为例在用Matlab十Simulink进行仿真计算，仿真结果表明汽车的平顺性得到很大的改善，并且具有较好的稳定性。本论文在对汽车主动悬架的发展全面了解和掌握国内外大量同类研究的基础上，重点对主动悬架的控制理论、控制方法进行了比较深入的研究与探讨，取得了较好的研究成果。
参考文献：
[1]余强，郑慕桥.汽车悬架控制技术的发展[J].汽车技术，1994，（9）：1-6
[2]孙求理，张洪欣.主动悬架的发展和技术现状[J].世界汽车，1996