悬架系统是车辆行驶系统中一个重要组成部分,悬架系统的好坏决定了车辆行驶平顺性、乘坐舒适性和操纵稳定性的优劣。被动悬架是如今汽车上应用最广泛的一种悬架,虽然它在一定程度上改善了车辆的行驶平顺性、乘坐舒适性和操纵稳定性,但是其结构参数不能随车辆行驶外界条件和车辆状态不同而自动变化,这大大制约了它的应用。随着微计算机技术和机械电子技术的飞速发展,以及人们生活水平的不断提高,人们对车辆的行驶平顺性和操纵稳定性提出了更高的要求,主动悬架系统将成为车辆悬架系统的最佳解决方案,所以对主动悬架系统进行深入研究具有深刻的现实意义的和广阔的应用前景。1、路面激励模型和悬架模型的建立众所周知,控制算法的设计是以被控对象的数学模型为基础的,主动悬架控制算法设计也不例外,这就需要在设计控制算法前,首先建立好路面和悬架系统的数学模型,这样才可以通过数值仿真的方法来验证控制算法的有效性,同时也为dSPACE硬件在回路仿真试验平台的搭建建立了基础。本文首先介绍了路面激励模型的数学描述,以及路面的空间激励模型与时间激励模型的关系,然后详细阐述了4自由度半车主动悬架系统的线性矩阵数学模型的推导过程,由于实际的汽车悬架系统是一个非常复杂的非线性系统,最后给出了一种被动悬架系统非线性数学模型的建模方法。2、基于耗散控制理论的主动悬架严格耗散控制器设计控制算法是主动悬架系统的核心,它通过对外部输入信号的解算让主动悬架的执行机构输出相应的动作,进而实现控制目标。使用不同控制算法的主动悬架系统对车辆悬架性能的影响是不同的。从对一种新的控制算法及其对主动悬架系统性能的作用效果进行探讨的角度出发,本文将耗散控制理论应用到主动悬架控制器设计上,将供给率函数应用于悬架系统性能指标的优化,给出了使悬架系统是严格耗散的状态反馈控制器和静态输出反馈控制器的设计方法。针对四自由度半车模型,设计了主动悬架严格耗散状态反馈控制器,使用Matlab的LMI工具箱得到主动悬架耗散控制器的数值构成,通过Simulink软件仿真,在保证主动悬架系统具有耗散性和稳定性的情况下,比较好地改善了车辆的乘坐舒适性和行驶平顺性;针对二自由度1/4车辆模型,设计了车辆主动悬架严格耗散静态输出反馈控制器,相比全状态反馈,它仅仅使用其中的两个状态就实现了对车辆悬架性能的改进,通过Simulink软件仿真,验证了该控制算法的有效性。3、提出一种主动悬架集成控制策略纵观车辆主动悬架控制算法研究领域,只运用一种控制算法的成功案例并不多见,主要原因是在一种控制算法下,主动悬架的各项性能指标在实现时往往相互冲突,为了协调各种性能要求,只好采取折中方法设置控制器参数。鉴于此,本文提出了一种主动悬架主、从集成控制策略,它的核心思想是在算法层面上构造两个控制器,一个主控制器和一个从控制器,它们之间是并行工作的。主、从控制器分别采用不同的控制算法,并根据控制对象的具体情况对主、从控制器进行匹配,使它们的控制效果比单一控制算法的控制效果更加出色,特别说明的是从控制器一般使用比较简单的控制算法来实现。主控制器用来实现对悬架系统的整体控制目标,从控制器则根据设计要求在不影响主控制器良好控制效果基础上对控制对象的某项性能参数做进一步的优化,从而提高悬架系统的整体性能。4、基于车身俯仰角优化的主动悬架集成控制策略研究当车辆行驶在不平路面上或者车辆在加减速时,车身会发生比较剧烈的俯仰运动。对于某些对车身保持水平有严格要求的车辆,车身俯仰角的大范围波动是无法接受的,基于此,本文提出了基于俯仰角优化的主动悬架集成控制策略,这种控制策略可以大大降低车身俯仰角的变化。这里设置集成控制的主控制器使用LQG最优控制算法,从控制器使用相平面分区控制算法来对俯仰角进行优化,该控制算法属于智能控制范畴,具有结构简单、控制规则清晰、参数整定较容易的特点,非常适合对单目标系统的优化控制。通过数值仿真,采用LQG最优控制-相平面分区控制的集成主动悬架在保证LQG最优控制效果基本不变的情况下,将车身俯仰角的变化控制在一个很小的范围内。5、基于车身俯仰角优化和轮胎动位移优化的主动悬架集成控制策略研究车辆的行驶平顺性和操纵稳定性往往是相互矛盾的,一般情况下车辆行驶平顺性提高了,操纵稳定性就会相应的下降。基于俯仰角的优化控制可以明显提高车辆的行驶平顺性,但是车辆的操纵稳定性往往会有一定程度的下降,基于此,本文提出了基于俯仰角优化和轮胎动位移优化的主动悬架LQG最优-天棚、地棚集成控制策略。该控制策略的主要变化是对从控制器控制算法的改进,即采用基于天棚原理的俯仰角阻尼控制算法和基于地棚原理的对车轮动位移进行抑制的地棚弹簧算法,通过选择合适的控制参数,可以得到对LQG最优控制效果影响较小的情况下,将车身俯仰角的变化控制在一个较小的范围同时轮胎动位移也得到了优化。6、硬件在回路仿真试验平台及试验研究为了验证本文提出的控制策略和控制算法的有效性,在确定悬架系统模型和控制器模型的基础上搭建了dSPACE硬件在回路仿真试验平台,它能以较高的精度模拟路面输入和车辆悬架系统的运行状态,这种方法降低了试验系统的复杂程度,缩短了试验准备时间,节约了试验成本。在本文的试验中,硬件在回路仿真试验平台主要包括:dSPACE实时系统、车用ECU、以及Matlab/Simulink软件。在Simulink中建立好主动悬架控制器模型,并将其编译成相应的程序代码下载到车载ECU中进行在线控制,然后将路面模型和悬架系统模型下载到dSPACE系统中,通过CAN总线通讯实现硬件在回路仿真试验回路。最后通过仿真试验验证了本文提出的集成控制策略的和耗散控制算法有效性,较好地改善了悬架系统性能。该仿真试验也为进一步研究主动悬架控制系统提供了参考。