汽车主动悬架及控制方法的研究(5)

山东交通学院毕业设计（论文）

虽然针对弹簧和减振器已经有了许多改进，但在过去的若干年中，汽车悬架的基本设计仍未有重大的突破，但随着Bose全新的设计理念的引进，可能会使汽车悬架设计发生变化。有些专业人士甚至表示，Bose悬架是独立悬架面世以来汽车悬架领域的最大进步。

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葛金龙：汽车主动悬架及控制方法的研究

2主动悬架控制及策略

主动悬架控制理论涉及控制理论的各个领域，其中包括模糊控制、神经网络控制、

PID控制、自适应控制、遗传算法控制、最优控制、滑模控制及复合控制等，控制策略分类框图如下图所示。

复合控制 神经网络控制 PID控制 控制策略 自适应控制 遗传算法控制 最优控制 滑模控制 模糊控制

图2-1控制策略分类框图

Figure 2-1Control strategies Classification diagram

控制策略的选择对于主动悬架的性能有重大影响，选择合适的控制车辆应用于控制律，才能更好地改善悬架性能。

2.1自适应控制

自适应控制系统不是普通的反馈控制系统，它处理的是具有“不确定性”的系统，即自适应控制是针对具有不确定性的系统设计的。这种不确定性可以来自系统内部也可以来自系统外部。既可以是关于系统特性（结构和参数）的不定性，也可以是(干扰)环境条件的变化引起的，既可以是有规律的，也可以是随机的。自适应控制方法可以自动检测系统的参数变化，从而时刻保持系统的性能指标最优。

汽车在使用过程中，载荷、车速、路况等会随着时间有较大的变化，而且悬架系统

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是非线性的，因而基于时不变的控制方法难以将汽车悬架控制在最佳性能状态。由于自适应控制系统具有“不确定性”的控制特点，近年来在主动悬架中得到了广泛的应用。

自适应控制方法应用于汽车悬架系统有自校正在线控制与控制器整定控制相结合的控制方法；模型参考自适应控制是在外界激励条件和车辆自身参数状态发生变化时，被控车辆的振动输出仍然能所选定的理想参考模型。采用自适应控制的悬架阻尼减震器系统能改善车辆的行驶特性，在德国大众公司所生产的底盘上得到了应用。但是，采用自适应控制的振动悬架比采用常规反馈控制的主动悬架要复杂的多，成本也高很多，因此只是在采用常规反馈达不到所期望的性能时，才会考虑采用。下图即为某主动悬架阻尼自适应控制的系统框图。

簧上质量 随机输入 簧下质量 自适应控制器 可控减震器

图2-2主动悬架阻尼自适应控制系统框图

Fig2-2 Active suspension adaptive damping Control system diagram

如上图所示的主动悬架阻尼自适应控制系统，是利用汽车簧上质量的振动响应，逐步调节悬架阻尼，直至车身振动加速度相应的均方根值达到极小值作为控制的目标量。

2.2神经网络控制

人工神经网络是使用大量简单相连的人工神经元来模拟人类大脑的一阶段性的并行分布计算系统。可以通过计算机线路或计算机程序来实现，其理论来源于上世纪50年代，神经网络可以反映人类大脑的若干基本特性，作为一种并行分布式策略系统，可以逼近任意非线性函数，具有自动知识获取、联想记忆、自适应性、良好的错容性和分布能力。因此，在主动悬架建模控制系统中得到了广泛应用。

神经网络是一个由大量处理单元所组成的高度并行的非线性动力系统，其特点是可学习性和并行性，故在汽车悬架振动控制中广泛的应用前景。但神经网络不适应于表达

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基于规则的知识，不能利用已有查表法变参数PID控制的专家经验知识，需要较长的训练时间，因此神经网络必须与其它控制方法相结合构成符合控制模式，才能有更大的实际应用。如下图所示即为某主动悬架系统的神经网络自适应控制系统简图。

网络1 控制器 网络2 悬架系统

图2-3主动悬架神经网络自适应控制系统简图

Fig2-3 Active suspension system neural network adaptive Control diagram

在如上图所示的主动悬架神经网络自适应控制系统中，有两个子神经网络，其中，神经网络1应用对汽车主动悬架系统进行在线辨识。在对悬架进行在线辨识的基础上，应用具有控制作用的神经网络2，通过对控制网络的权系数在线调整，控制器经过学习，对悬架系统进行在线控制，使得悬架系统输出逐渐接近于期望值。具有神经网络自适应的主动悬架系统能很好的减小汽车振动，提高车辆行驶平顺性和稳定性。

2.3PID控制

以经典控制理论为基础的PID控制，不需要立即被控对象的数学模型，只需要根据经验对调节器参数进行在线调节，即可获得比较满意的结果。PID控制有两类，分别是查表法变参数PID控制和模糊PID控制，分类框图如图所示。

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查表变参数PID控制 PID控制 模糊PID控制

图2-4 PID分类框图

Figure 2-4 PID classification diagram

PID控制的不足之处是对被控对象的参数比较敏感，因此，研究查表法变参数PID控制和模糊PID控制方法，在主动悬架控制系统中的应用有一定价值。

1）查表法变参数PID控制

查表法变参数PID控制是采用自动寻找最优整定对不同负荷时控制系统的PID参数进行优化，得到几组不同的比较系数和微分时间常数。以表格形式存放在计算机内存中。根据采得的复合值从表中查出对应的比例系数、积分时间常数和微分时间常数进行控制。

2）模糊PID控制

模糊PID控制应用模糊控制理论来设计数字PID控制器，其基本设计思想是：将输入的两偏差和偏差变化率平面分成不同的区，在不同的区采用不同的比例系数、积分时间常数和微分时间常数的偏差及偏差率值从控制表中查得，下图即为某主动悬架的PID控制系统图。

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