随着我国高速公路里程的增加，公路运输在国民经济中将发挥越来越重要的作用，提高汽车高速行驶时的平顺性和操纵稳定性以及减轻对路面的破坏将成为我国汽车工业发展所面临的重大问题。目前，美国、日本和欧洲等发达国家的中，高档客车以及城市公交车辆均装有空气悬架，而且为了减轻重载车辆对路面的破坏，降低高速公路养护费用，在重型货车和挂车上均装有空气悬架，政府并通过制订法规和相应的政策鼓励生产厂家和用户生产和使用装备空气悬架的车辆，并取得明显的经济效益和社会效益。然而，我国目前还处在空气悬架引进、消化阶段，但空气悬架车辆在中国的市场前景非常乐观，各厂家和大专院校、科研机构相继开展了空气悬架的性能研究、匹配设计和控制策略的探讨。本文作者参与了吉林省科技发展计划项目“汽车电控空气悬架系统研究开发”，论文的内容是该项目研究的核心部分，主要在PID控制算法优化和控制系统设计方面开展深入系统地研究，并设计出空气悬架模拟试验台，为研究工作提供了必要的试验手段。一、空气弹簧系统特性分析该系统是由空气弹簧、电磁阀、储气筒和空气压缩机组成。本文首先分析了空气弹簧刚度的非线性特性，提出了四种非线性假设：橡胶材料非线性、帘布-橡胶复合材料非线性、接触非线性和几何非线性。并通过试验手段建立了空气弹簧刚度与电磁阀开关时间的关系曲线以及拟合公式。同时还推导出系统<WP=85>的状态方程，从而为下一步的控制器设计做好前期准备。二、控制目的传统的空气悬架采用机械式控制阀，在使用中存在着空气消耗量大；高度控制单一；反应时间长；不便于日常维护调整；增加其他功能时费用较高的缺点。商用车上的电控空气悬架由电磁阀、高度(位移)传感器、控制单元ECU等组成，可以实现机械式控制空气悬架的功能。虽然电子控制式空气悬架价格较高，但具有如下特点：◎减少了空气消耗--在车辆行驶过程中无空气消耗。以低地板城市客车为例，与常规空气悬架相比，ECAS可节省25%的空气消耗；◎通过自动调节可实现车辆保持不同高度，可对几个高度进行编程记忆；◎尽管系统复杂，但安装非常简单；◎由于使用了大截面的进(出)气口，而使所有控制过程变得非常迅速；◎通过参数设置，ECU可实现不同功能；◎通过使用遥控器，减少了装卸操作的危险性；◎增加了许多辅助功能，例如：升降功能、前跪功能、过载保护和提升桥控制功能等；◎综合安全概念，故障记忆和诊断功能。在目前的商用车辆上，电控空气悬架控制系统着重于车辆的静态高度控制，在车辆行驶中，空气悬架类似一个被动悬架，只依靠空气弹簧本身比较软的特性进行振动衰减；或者是一个使用长延时机械阀的悬架。而对于部分装备电控空气悬架的高级轿车，则具备根据路况及车辆行驶工况进行实时调节的功能。本文将以装备空气悬架的商用车为研究对象，通过控制与被动式的空气悬架对比，在不降低操纵稳定性的前提下，提高平顺性，降低轮胎动载荷。三、PID控制器设计与仿真PID控制是最早发展起来的控制策略之一，PID算法在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，它是按照二次最优控制且消除静差的理论和方法设计的。PID算法具有结构简单、参数易于整定，P、I、D控制规律各自成独立环节，可根据控制过程进行组合。PID控制算法在各种控制中得到广泛应用。悬架连接车架与车轴，承受作用在车轮与车身之间的作用力。当汽车在不<WP=86>平路面上行驶时,由于工况变化(如加速、制动和转弯)、车辆本身参数变化(如载人或载货的多少引起车身质量的变化、轮胎气压等引起轮胎刚度的变化)等,使乘员或货物所处的振动环境是多变不确定的。因此,悬架系统的设计与分析应考虑基本性能要求。在控制系统中，选取簧载质量加速度和悬架动行程以及轮胎动载荷为测量量，空气弹簧的刚度为控制输出量。采用加权系数调整三个测量量在输出中的比重。根据前文的分析，在Matlab的Simulink模块中建立仿真模型，先利用仿真分析PID控制器的控制效果。从仿真结果对比可以发现：相对于被动空气悬架，在施加控制后，系统的响应均有明显的降低。四、试验验证通过对PID控制器的仿真分析，可以看出PID控制策略对空气悬架具有较好的控制效果，但这种控制算法对实际控制对象是否有效，还需要进行试验验证，为此，本文设计了1/4车辆悬架试验台和实际的电控系统，在试验台上应用PID控制算法，并与被动悬架系统进行对比分析，从实验结果中可以看出，在模拟试验系统上PID控制策略同样具有较好的控制效果。通过仿真分析和试验验证，可以得出PID控制算法对空气弹簧悬架的控制是行之有效的结论。但由于仿真和试验都是基于1/4车辆悬架模型，没有充分考虑到整车的操纵稳定性和悬架之间的相互影响，在对整车空气悬架控制时，还应对控制算法进行改进，将汽车悬架的阻尼纳入控制中，最终通过整车道路试验加以验证。