随着汽车制造行业的蓬勃发展,人们对于车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性和驾驶安全性提出了更高的要求。悬架系统作为汽车的重要组成部分,可以有效降低不平路面对车身造成的振动及冲击的影响,保证车辆行驶过程中的平顺性及安全性。相比于被动悬架及半主动悬架系统,汽车主动悬架系统在改善车辆乘坐舒适度及操纵稳定性方面有较大优势,是车辆悬架系统设计的主要趋势。本文建立了含分数阶微分项的车辆非线性悬架系统模型,并基于自适应反步控制策略对汽车主动悬架系统进行控制研究,应用MATLAB/Simulink软件和主动悬架测试台进行仿真分析与实验验证。主要研究内容可概括为:首先,汽车悬架系统的减振阻尼器中大都含有粘弹性阻尼材料,传统的整数阶理论不能对这种材料的力学特性进行准确描述。因此,众多学者开始采用分数阶微积分理论描述粘弹性阻尼材料。相关研究表明,含分数阶项的车辆非线性悬架系统模型更接近于实际汽车悬架系统。基于此,本文分别搭建了二自由度1/4车非线性分数阶主动悬架系统模型和四自由度1/2车非线性分数阶主动悬架系统模型。其次,根据汽车悬架系统特性选择Caputo分数阶微积分定义式,并采用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶项进行近似化处理,从而使所建立的车辆非线性分数阶悬架系统模型可以在MATLAB/Simulink软件中进行仿真。为探究分数阶项参数对车辆悬架系统性能的影响,分别在几组不同分数阶项系数和阶次下对悬架系统进行对比仿真分析。然后,基于自适应反步控制策略和Lyapunov稳定性理论分别设计二自由度自适应反步控制器和四自由度自适应反步控制器,通过设计适当的自适应律减少参数不确定性所带来的影响,引入虚拟控制将控制器复杂的设计过程分解为对若干子系统的设计,结合子系统的控制最终实现整个系统的控制目标。利用MATLAB/Simulink分别在凸块路面和随机路面激励下对车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷进行仿真对比分析,从而验证了所设计自适应反步控制器的有效性。最后,应用加拿大Quanser公司的主动悬架测试台对基于自适应反步控制法的1/4车非线性分数阶主动悬架系统进行实验验证,采用金属橡胶材料作为测试台中悬架系统的弹簧和阻尼减振元件,探究自适应反步控制策略在实际主动悬架系统中的效果并分析在实验过程中所受到的干扰因素对实验结果造成的影响。通过对实验结果进行分析,进一步验证了所设计自适应反步控制器的有效性和其实际应用价值。