车辆在非结构地形行驶时,姿态会不可避免的发生变化,甚至会导致重心严重偏移、驱动力丧失、侧翻等问题。悬架系统作为车辆的重要组成部分,其性能好坏直接影响整车性能,主动悬架由于可以对车身姿态变化进行抑制,在改善乘坐舒适性以及车辆操控性方面具有较大优势。慢主动悬架作为主动悬架的一种,在性能上接近全带宽主动悬架,而且在成本与能耗方面更具优势,因此受到人们的关注。慢主动悬架经过几十年的研究取得了很多实质性的成果,但也存在一些问题。首先,目前的慢主动悬架主要指混联式的慢主动悬架,由于阻尼器行程的限制,其在处理由非结构地形引起的车身姿态控制方面存在一定的局限性,而串联式慢主动悬架则相对具有更大的伸缩行程,在进行大幅度姿态控制时存在一定优势。其次,针对串联式慢主动悬架的研究偏少,相关方面的运动学/动力学建模、模型降维、参数不确定性分析等需要做进一步的研究。最后,目前的慢主动悬架基本为面向轮式车辆设计,轮式车辆由于底盘结构的限制,导致其在非结构地形的姿态控制能力以及越障能力受限。基于上述的分析,本文提出了一款具有串联式慢主动悬架结构的新型四轮腿车辆(Four Wheel-Legged Vehicle,FWLV),并以理论研究、模型搭建、算法优化、控制器设计为基础开展了如下研究。(1)实验样车的提出。针对主动悬架实验样车不易获取的问题,基于电动伺服作动器设计了一款具有自主知识产权的实验样车。首先描述了串联式慢主动悬架以及轮腿结构的设计理念,其次对作动器、整车姿态以及驱动系统的控制原理进行阐述,最后对整车结构强度进行校核,样车的搭建为后文的姿态控制实验提供了有力的平台。(2)串联式慢主动悬架的逆运动学控制。运动学控制虽然会忽略掉悬架系统的一些特性,但是其在处理由非结构地形引起的特种车辆(资源勘探车、月球车、火星车以及植保机械等)车身姿态变化方面具有一定的应用与优势。为了搭建整车逆运动学控制模型,首先将FWLV看作是由4条轮腿组成的并联机构,其次基于D-H坐标变换、齐次微分变换以及执行器模型推导出整车速度雅可比矩阵与逆运动学姿态控制模型,最后通过设计控制器围绕仿真与实验对所提模型与算法的有效性进行验证。(3)串联式慢主动悬架动力学模型搭建及参数不确定性分析。首先分析了搭建串联式慢主动悬架动力学模型以及系统状态方程时存在的难点,其次通过矩阵增广、模型等效以及引入二阶低通滤波器成功搭建了其11自由度动力学模型以及具有30个状态变量的系统状态方程,并通过提出的执行器模型、地形估计模型与LQR控制器对模型的有效性进行了初步验证,最后通过设计具有抗抖功能的滑模控制器对系统引入的参数不确定性进行时域与频域分析,仿真与实验结果的一致性验证了所提控制策略的有效性。(4)串联式慢主动悬架系统的模型降维。为了避免由于模型自由度高导致的控制器维数过高,以及由此引起的控制器过载问题,首先基于改进的天棚阻尼思想成功将串联式慢主动悬架的模型自由度由11个降为7个,系统状态变量也由30个降为14个,其次根据低自由度模型设计了低维控制器,最后将设计的低维控制器导入某款量产化的VCU,验证了所提降维思想与降维模型的可行性与有效性。