題目：汽車主動懸架及控制方法

題目：汽車主動懸架及控制方法的研究姓名：葛金龍指導(dǎo)老師：周長峰第一章節(jié)：汽車懸架基本概述

1汽車懸架的定義及作用汽車懸架是指汽車的懸架與車橋或車輪之間的一切連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力矩，緩和汽車在行駛的過程當(dāng)中的由于路面不平引起并傳遞給車架或車身的沖擊力，衰減由此引起的震動，以保證汽車能夠平順行駛，保證乘員的乘坐舒適性并保證貨物的完好。汽車懸架的性能要求（1）保證汽車有良好的行駛平順性。（2）有合適的減震性能。（3）保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。（4）汽車制動和加速時能夠保證車身穩(wěn)定，減少車身縱向傾斜（“點(diǎn)頭”或“后仰”）的可能性。（5）能夠可靠地傳遞車身和車輪之間的一切力和力矩，零部件足夠輕并有一定的強(qiáng)度和壽命，保證輪胎的正行和減少輪胎磨損的能力。車輛懸架的組成典型的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由彈簧，減震器，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及穩(wěn)定桿等組成，個別機(jī)構(gòu)中還有緩沖塊。（1）彈簧懸架彈簧的軟硬對車輛行駛的安全性和乘坐舒適性有重要的影響?，F(xiàn)在的彈簧系統(tǒng)均以鋼板彈簧，螺旋彈簧，扭桿彈簧或空氣彈簧中的之一為基礎(chǔ)。（2）減震器減震器也稱為緩沖器，它通過一種稱為阻尼的過程來控制不希望發(fā)生的彈簧運(yùn)動。減震器通過懸架運(yùn)動的能量轉(zhuǎn)換為可通過液壓油散熱的熱能，來降低和減少車輛的振動。按不同的結(jié)構(gòu)，工作介質(zhì)和作用方式等，減震器有不同的分類。（3）穩(wěn)定桿穩(wěn)定桿也叫橫向穩(wěn)定桿或防側(cè)滑桿，它是汽車懸架系統(tǒng)的一部分，穩(wěn)定桿是一個橫跨整個車軸的金屬桿，它連接到前方的車架上，但要用襯套鏈接以便使其可以旋轉(zhuǎn)，兩臂連接到兩側(cè)的前懸架梁上，將懸架的兩側(cè)有效的連接在一起。車輛懸架的類型根據(jù)汽車導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不同，汽車懸架可以分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架。根據(jù)阻尼和剛度是否根據(jù)行駛條件的改變而改變，懸架系統(tǒng)又可以分為主動懸架，半主動懸架和被動懸架。而半主動懸架又可以分為有級式半主動懸架和無級式半主動懸架兩類。懸架分類示意圖懸架系統(tǒng)非獨(dú)立懸架系統(tǒng)獨(dú)立懸架系統(tǒng)懸架系統(tǒng)被動懸架半主動懸架主動懸架有級式半主動懸架無級式半主動懸架（1）被動懸架被動懸架,由彈性元件和不可變參數(shù)的減振器組成,只能在特定工況下達(dá)到最優(yōu),缺少對變載荷、變車速、不可預(yù)測路況的適應(yīng)性。缺點(diǎn)：被動懸架是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，由彈簧、減震器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。被動懸架的剛度和阻尼系數(shù)均不可調(diào)，只能在特定的工況下達(dá)到最優(yōu)減振效果，存在明顯的共振峰，難以同時獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，缺乏靈活性。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計容易和制造方便，且無須額外的能量輸入，目前在中低檔轎車上應(yīng)用最為廣泛（2）半主動懸架基本原理：用可調(diào)剛度彈簧或可調(diào)阻尼的減震器組成懸架，并根據(jù)彈簧載質(zhì)量度加速度響應(yīng)等反饋信號，按照一定的規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧的剛度或減震器的阻尼，從而達(dá)到較好的減震效果。作用：半主動懸架由無源但可控制的阻尼元件組成，在車輛懸架中，彈性元件除了吸收和存儲能量外，還得承受車身載荷和重量。

（2）半主動懸架分類：半主動懸架分為剛度可調(diào)和阻尼可調(diào)兩大類。阻尼可調(diào)半主動懸架又可以分為有級可調(diào)半主動懸架和連續(xù)可調(diào)半主動懸架應(yīng)用：半主動懸架結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在工作時幾乎不消耗車輛動力，又能獲得與主動懸架相近的性能，因而具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，故?yīng)用較廣（3）主動懸架1.定義及作用：主動懸架由在懸架系統(tǒng)中采用有源或無源可控制的元件組成。它是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)車輛懸架的運(yùn)動狀態(tài)和路面狀況，由中央控制單元ECU實時進(jìn)行運(yùn)算，而后ECU馬上對減震器發(fā)出命令,主動做出反應(yīng),控制車輛懸架參數(shù),使懸架始終處于最優(yōu)減震狀態(tài),并抑制和控制車身震動,當(dāng)汽車震動和轉(zhuǎn)彎時的慣性引起彈簧變形時,主動懸架系統(tǒng)會產(chǎn)生一個與慣性力相對抗的力,減少車身位置的變化.主動懸架示意圖

主動懸架所具備的條件

（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的作用源.（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這個作用力并能連續(xù)工作.（3）具有多種傳感器并將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微型計算機(jī)中運(yùn)算并決定控制方式主動懸架的模型在圖中，為簧上質(zhì)量；為簧下質(zhì)量；為懸架阻尼；為輪胎剛度；、和分別表示以靜態(tài)平衡點(diǎn)為參考位置的簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量和路面激勵的垂直位移。主動懸架的優(yōu)點(diǎn)（1）主動懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識,是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝備,例如法國桑蒂雅車裝備了主動懸架系統(tǒng),該懸架系統(tǒng)的中樞是一個微型計算機(jī),5種傳感器分別向微型計算機(jī)傳送速度,前輪制動壓力,踏動油門踏板的速度,車身垂直方向的振幅及頻率,轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù),微型計算機(jī)不斷的接受數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值比較,選擇相應(yīng)的懸架系統(tǒng)狀態(tài).同時,微型計算機(jī)獨(dú)立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件,通過控制減震器內(nèi)的油壓的變化而產(chǎn)生抽動,從而能在任何時候,任何車輛上產(chǎn)生符合要求的懸架系統(tǒng)運(yùn)動.因此,該懸架系統(tǒng)有多重駕駛模式,駕車者只要扣動位于副儀表盤上的“正?！被颉斑\(yùn)動”按鈕，轎車就會自動設(shè)置在最佳的懸架系統(tǒng)狀態(tài)，以求最好的舒適性能。（2）主動懸架還有控制車身運(yùn)動的功能，當(dāng)汽車制動或轉(zhuǎn)彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架系統(tǒng)會產(chǎn)一個力與慣性力對抗，減少車身位置的變化，例如德國奔馳2000款C1型跑車，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時懸架系統(tǒng)傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度，微型計算機(jī)根據(jù)傳感器的消息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，立即確定在什么位置上以多大的負(fù)載加到懸架系統(tǒng)上，使車身的傾斜減到最小。主動懸架的控制功能（1）車速路面感應(yīng)控制車速路面感應(yīng)控制主要隨著車速和路面的變化改變懸架的剛度和阻尼，使之處于“軟”或運(yùn)動模式。每種模式按照剛度和阻尼的大小依次有低，中，高3種狀態(tài)。在“軟”模式中，懸架經(jīng)常處于低剛度和低阻尼的低狀態(tài)，在運(yùn)動模式中，懸架經(jīng)常保持在中狀態(tài)。按照兩種不同的控制方式，懸架由微型計算機(jī)控制在3種狀態(tài)之間，根據(jù)車速和路面的變化情況自動地調(diào)整懸架高度和阻尼系數(shù)，使車身的振動可能達(dá)到的最佳值。車速路面感應(yīng)控制的3種控制功能1）高速感應(yīng)控制能力當(dāng)車速大于110KM/H時，微機(jī)根據(jù)車速傳感器信號，經(jīng)過分析后發(fā)出指令改變懸架的剛度和阻尼。如果駕駛員選擇的模式是“軟”模式，則懸架的剛度和阻尼自動地從低狀態(tài)進(jìn)入中狀態(tài)；如果選擇的是運(yùn)動狀態(tài)，則懸架仍然穩(wěn)定在中狀態(tài)保持不變，以提高車輛高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。當(dāng)車速降低后，懸架又回到軟模式的經(jīng)常保持狀態(tài)。車速路面感應(yīng)控制的3種控制功能2）前后車輪關(guān)聯(lián)感應(yīng)控制車速在30-80KM/H時，如果前輪遇到障礙時，安裝在汽車前部的車身高度傳感器將脈沖信號送給微機(jī)，微機(jī)經(jīng)過分析后發(fā)出命令，令懸架改變剛度，阻尼等參數(shù)。如果駕駛員選擇的是“軟”模式，則后輪的懸架保持在低狀態(tài)；如果選擇的是運(yùn)動狀態(tài)，則后輪懸架從中狀態(tài)進(jìn)入低狀態(tài)，從而提高汽車的乘坐舒適性。當(dāng)后輪越過障礙后，懸架又回到選定模式經(jīng)常保持的狀態(tài)。但是當(dāng)車速很高時，如果懸架太軟則車輪遇到?jīng)_擊時，汽車容易喪失操縱穩(wěn)定性，所以當(dāng)車速超過80KM/H時，無論選擇何種模式，懸架參數(shù)都應(yīng)該保持在中狀態(tài)不變。車速路面感應(yīng)控制的3種控制功能3）壞路面感應(yīng)控制能力汽車以40-100KM/H速度突然駛上壞路面時，車身高度傳感器會立即給出周期小于0.5秒的車高變化信號。微機(jī)分析車速傳感器和車高傳感器的信號后發(fā)出指令，如果駕駛員選擇的是“軟”模式，則懸架從低狀態(tài)進(jìn)入中狀態(tài)；如果選擇的是運(yùn)動模式，則懸架保持中狀態(tài)。當(dāng)車速以100KM/H以上的速度行駛在壞路面上時，如果選擇的是運(yùn)動模式，則懸架從中狀態(tài)進(jìn)入高狀態(tài)。車身姿態(tài)控制的3種控制功能

1）抑制轉(zhuǎn)向時車身側(cè)傾在急轉(zhuǎn)向情況下，應(yīng)增加懸架的剛度和阻尼，以減少車身的側(cè)傾。當(dāng)駕駛員突然打轉(zhuǎn)向盤時，安裝在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向傳感器把檢測到的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角機(jī)器速度變化傳給微機(jī)，微機(jī)對懸架發(fā)出指令，通過執(zhí)行元件使懸架剛度和減振器的阻尼力轉(zhuǎn)換到高狀態(tài)。如果懸架處于“軟”模式，則從中狀態(tài)或低狀態(tài)直接進(jìn)入高狀態(tài)。如果懸架處于運(yùn)動模式，則從中狀態(tài)進(jìn)入高狀態(tài)。車身姿態(tài)控制的3種控制功能

2）抑制制動時車身點(diǎn)頭在緊急制動時，應(yīng)增加懸架的剛度和阻尼，以減少車身的點(diǎn)頭。在車速高于60KM/H是的情況下突然踏制動踏板時，車速傳感器發(fā)出相應(yīng)的車速信號和制動開關(guān)發(fā)出的階躍信號同時傳給微機(jī)，微機(jī)向懸架發(fā)出命令。如果此時懸架處于“軟”模式下則從低狀態(tài)直接進(jìn)入高狀態(tài)；若懸架處于運(yùn)動模式，則從低狀態(tài)進(jìn)入高狀態(tài)，以抑制車身前部的俯仰。車身姿態(tài)控制的3種控制功能

3）抑制起步時車身俯仰當(dāng)突然起步或從低速情況下突然加速時，應(yīng)增加懸架的剛度和阻尼，以抑制車身的俯仰。在車速低于20KM/H時突然加速。加速度大時，節(jié)氣門開度傳感器的信號和相應(yīng)的車速信號傳給微機(jī)，微機(jī)向懸架發(fā)出指令。此時如果懸架處于“軟”狀態(tài)，則從低狀態(tài)進(jìn)入高狀態(tài)。如果這時處于運(yùn)動模式，則從低狀態(tài)進(jìn)入高狀態(tài)。車身高度控制車身高度控制分為常規(guī)和高兩種控制方式，每種控制方式中按車身的高度從高到低的順序分為低、中、高3種狀態(tài)。在常規(guī)模式中，車身高度經(jīng)常處于中狀態(tài)，而在高模式中，車身高度又經(jīng)常處于高狀態(tài)。在通常情況下，車身高度不受乘員人數(shù)和裝載質(zhì)量的變化影響，由微機(jī)控制在保持在所選模式的經(jīng)常狀態(tài)高度。在高速行駛或連續(xù)壞路面行駛時，車身高度根據(jù)所選擇的不同模式，由微機(jī)控制在低、中、高3種狀態(tài)之間自行調(diào)節(jié)。使汽車經(jīng)常處于穩(wěn)定行駛狀態(tài)。這種控制包括高速感應(yīng)控制和連續(xù)壞路面行駛控制兩種控制功能。主動懸架研究與發(fā)展?fàn)顩r

1）主動懸架的研究現(xiàn)狀主動懸架的研究也是集中在主動懸架的可靠性和執(zhí)行器上，同時，還必須對懸架系統(tǒng)最佳參數(shù)控制及理論進(jìn)行研究。

(1)可靠性研究主動懸架采用了大量的傳感器，單片機(jī)，輸入輸出電路和各種接口，由于原件比較多，降低了懸架的可靠性，所以，加大元件的集成度，增加可靠性，降低成本，是主動懸架研究不可逾越的一個階段。主動懸架研究與發(fā)展?fàn)顩r

(2)執(zhí)行器研究執(zhí)行器的研究主要是用電動器件代替液壓器件。電器動力系統(tǒng)中的直線伺服電機(jī)和永磁直流直線伺服電機(jī)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，今后將取代液壓執(zhí)行元件。運(yùn)用電磁蓄能原理，結(jié)合參數(shù)估計自校正控制器，可望設(shè)計出高性能的電磁蓄能式自適應(yīng)主動懸架，使主動懸架由理論研究轉(zhuǎn)換為實際運(yùn)用。主動懸架研究與發(fā)展?fàn)顩r

(3)懸架系統(tǒng)控制理論研究主動懸架需要對懸架參數(shù)進(jìn)行檢測，所采用的許多控制方法由天棚阻尼控制，PID控制，最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，滑膜變結(jié)構(gòu)控制，模糊控制，預(yù)測控制等，因此，必須根據(jù)車架類型，懸架結(jié)構(gòu)，減震器的類型，對控制方法和控制理論進(jìn)行研究，選擇最佳控制策略和控制方法。主動懸架發(fā)展?fàn)顩r隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前研制開發(fā)的新型主動懸架有可變特性手動控制懸架，電控主動控制液壓懸架，電控主動空氣懸架，ABC主動車身控制懸架系統(tǒng)，BOSE新型主動懸架系統(tǒng)等幾種。

1)可變特性手動控制懸架可變特性手動控制懸架是根據(jù)車輛運(yùn)行條件和路況，以手動控制懸架特性。手動開關(guān)可以選擇以下兩種檔位。（1）STOP檔位，剛性好，相當(dāng)于高級跑車的懸架特性。（2）TOURING檔位，柔性好，相當(dāng)于高級旅行車的懸架特性。主動懸架發(fā)展?fàn)顩r

2）ABC主動車身控制懸架系統(tǒng)

ABC（ACTIVEBODYCONTROL）主動車身控制懸架系統(tǒng)是比較先進(jìn)的主動懸架的代表。它是通過感應(yīng)微型的車輪及車身的動作，在任何大的車身振動之前，及時對懸架系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保持車身的平衡，簡稱主動式車身控制懸架系統(tǒng)，即ABC,該系統(tǒng)能很好的適應(yīng)各種路面，在異常崎嶇不平的路面，車輛也能保持優(yōu)良的操作性，舒適性及方向穩(wěn)定性。主動懸架發(fā)展?fàn)顩r

3）BOSE新型主動懸架系統(tǒng)

BOSE新型主動懸架系統(tǒng)在每個車輪處使用一個線性電磁電機(jī)(LEM)取代了傳統(tǒng)的減震器和彈簧裝置。放大器以隨著系統(tǒng)的每次壓縮重新產(chǎn)生動力的方式向電機(jī)提供動力。這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是不受傳統(tǒng)液壓式減震器固有慣性限制。因此，LEM能夠以更快的速度伸縮，從而幾乎完全消除了車廂的振動。車輪運(yùn)動可以控制的如此之好，以至于不管車輪發(fā)生什么情況車身都能保持平穩(wěn)，LEM還可以抵消車輪加速，制動和轉(zhuǎn)彎是車身的運(yùn)動，為駕駛員提供更美妙的操控體驗。主動懸架發(fā)展?fàn)顩r

4)電控主動控制液壓懸架電控主動控制液壓懸架的最大特點(diǎn)在于可手動調(diào)節(jié)懸架高度，并能自動調(diào)節(jié)減震器的剛度和阻尼。電控主動控制液壓懸架以液壓球代替了傳統(tǒng)的螺旋彈簧，并且通過液壓球?qū)崿F(xiàn)了人工控制車身高度，無論車輛裝了多少人或行李，行駛過程中車身高度始終保持不變。電控主動控制液壓懸架提高了ECU控制單元的計算速度，并且還提供舒適和運(yùn)動兩種模式供選擇。電控主動控制液壓懸架包括一個電子液壓集成模塊（包括ECU中央控制單元，電磁液壓分配閥，液壓泵和一個電動機(jī)）,新型球狀液壓承重部件，前后減震器調(diào)壓裝置，儲液缸，簡化液壓網(wǎng)和車內(nèi)顯示屏。其中，電子液壓集成模塊是整個系統(tǒng)的核心，它的作用是采集車速信號，減震器振動頻率等數(shù)據(jù)信息來決定液壓球是增高還是降低車身。而遍及全車的多個橫向，縱向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，檢測著車身的跳動，高度，傾斜狀態(tài)和加速度，然后這些信號傳輸?shù)紼CU控制單元，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序來控制液壓制動器里的油缸是增壓還是泄壓，以保持合適的減震器阻尼和足夠的支撐力。第二章節(jié)：主動懸架控制及策略主動懸架控制理論涉及控制理論的各個領(lǐng)域，其中包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、PID控制、自適應(yīng)控制、遺傳算法控制、最優(yōu)控制、滑?？刂萍皬?fù)合控制等?？刂撇呗缘倪x擇對于主動懸架的性能有重大影響，選擇合適的控制車輛應(yīng)用于控制律，才能更好地改善懸架性能。主動懸架控制及策略懸架控制策略模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制PID控制自適應(yīng)控制遺傳算法控制最優(yōu)控制滑?？刂茝?fù)合控制1.模糊控制模糊控制是一種基于規(guī)則的、可以用模糊語言來表達(dá)的算法，它可以允許被控對象沒有精確的數(shù)學(xué)模型，可以充分利用專家經(jīng)驗，并且可以處理系統(tǒng)參數(shù)不確定性的問題?；谀：刂凭哂猩鲜鰞?yōu)勢，近年來被廣泛的應(yīng)用于主動懸架的控制中來。由于模糊控制系統(tǒng)不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，可避免系統(tǒng)因系統(tǒng)建模誤差帶來的影響，從而取得較好的控制效果。另外，利用模糊控制可以利用較少的狀態(tài)量作為反饋控制信號，因此，可減少傳感器的數(shù)量，降低成本，主動懸架模糊控制系統(tǒng)簡圖模糊量化模糊數(shù)量化反模糊量化懸架系統(tǒng)

模糊控制模糊控制方法在主動懸架控制系統(tǒng)中的應(yīng)用效果比常規(guī)方法有效，但模糊控制器的穩(wěn)定性只能通過一些模擬過程測試，判定其穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)還不存在；控制器只適應(yīng)于一定的汽車參數(shù)，改變輪胎性能會使控制結(jié)果明顯變壞；路面性質(zhì)對控制效果影響不大。因此，模糊控制方法在主動懸架控制應(yīng)用中從理論上無法判別，只能通過系統(tǒng)實測才能確定。由于主動懸架模糊控制器的參數(shù)大多數(shù)是通過實踐經(jīng)驗確定的，因而在實際控制過程中并不能使懸架性能達(dá)到最優(yōu)。2.自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制系統(tǒng)不是普通的反饋控制系統(tǒng)，它處理的是具有“不確定性”的系統(tǒng)，即自適應(yīng)控制是針對具有不確定性的系統(tǒng)設(shè)計的。這種不確定性可以來自系統(tǒng)內(nèi)部也可以來自系統(tǒng)外部。既可以是關(guān)于系統(tǒng)特性（結(jié)構(gòu)和參數(shù)）的不定性，也可以是(干擾)環(huán)境條件的變化引起的，既可以是有規(guī)律的，也可以是隨機(jī)的。自適應(yīng)控制方法可以自動檢測系統(tǒng)的參數(shù)變化，從而時刻保持系統(tǒng)的性能指標(biāo)最優(yōu)。自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制方法應(yīng)用于汽車懸架系統(tǒng)有自校正在線控制與控制器整定控制相結(jié)合的控制方法；模型參考自適應(yīng)控制是在外界激勵條件和車輛自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生變化時，被控車輛的振動輸出仍然能所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ?。采用自適應(yīng)控制的懸架阻尼減震器系統(tǒng)能改善車輛的行駛特性，在德國大眾公司所生產(chǎn)的底盤上得到了應(yīng)用。但是，采用自適應(yīng)控制的振動懸架比采用常規(guī)反饋控制的主動懸架要復(fù)雜的多，成本也高很多，因此只是在采用常規(guī)反饋達(dá)不到所期望的性能時，才會考慮采用。主動懸架阻尼自適應(yīng)控制系統(tǒng)框圖路面隨機(jī)輸入簧上質(zhì)量簧下質(zhì)量自適應(yīng)控制器可控減震器3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是使用大量簡單相連的人工神經(jīng)元來模擬人類大腦的以一階段性的并行分布計算系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^計算機(jī)線路或計算機(jī)程序來實現(xiàn)，其理論來源于上世紀(jì)50年代，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以反映人類大腦的若干基本特性，作為一種并行分布式策略系統(tǒng)，可以逼近任意非線性函數(shù)，具有自動知識獲取、聯(lián)想記憶、自適應(yīng)性、良好的錯容性和分布能力。因此，在主動懸架建?？刂葡到y(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個由大量處理單元所組成的高度并行的非線性動力系統(tǒng)，其特點(diǎn)是可學(xué)習(xí)性和并行性，故在汽車懸架振動控制中廣泛的應(yīng)用前景。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不適應(yīng)于表達(dá)基于規(guī)則的知識，不能利用已有查表法變參數(shù)PID控制的專家經(jīng)驗知識，需要較長的訓(xùn)練時間，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須與其它控制方法相結(jié)合構(gòu)成符合控制模式，才能有更大的實際應(yīng)用。某主動懸架系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)簡圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1控制器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2懸架系統(tǒng)3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在如上圖所示的主動懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，有兩個子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1應(yīng)用對汽車主動懸架系統(tǒng)進(jìn)行在線辨識。在對懸架進(jìn)行在線辨識的基礎(chǔ)上，應(yīng)用具有控制作用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2，通過對控制網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)在線調(diào)整，控制器經(jīng)過學(xué)習(xí)，對懸架系統(tǒng)進(jìn)行在線控制，使得懸架系統(tǒng)輸出逐漸接近于期望值。具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的主動懸架系統(tǒng)能很好的減小汽車振動，提高車輛行駛平順性和穩(wěn)定性。4.PID控制以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的PID控制，不需要立即被控對象的數(shù)學(xué)模型，只需要根據(jù)經(jīng)驗對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，即可獲得比較滿意的結(jié)果。PID控制有兩類，分別是查表法變參數(shù)PID控制和模糊PID控制。

PID控制的不足之處是對被控對象的參數(shù)比較敏感，因此，研究查表法變參數(shù)PID控制和模糊PID控制方法，在主動懸架控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有一定價值。PID分類框圖PID控制查表變參數(shù)PID控制模糊PID控制4.PID控制

1）查表法變參數(shù)PID控制查表法變參數(shù)PID控制是采用自動尋找最優(yōu)整定對不同負(fù)荷時控制系統(tǒng)的PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到幾組不同的比較系數(shù)和微分時間常數(shù)。以表格行駛存放在計算機(jī)內(nèi)存中。工作時對負(fù)荷進(jìn)行采用，根據(jù)采得的復(fù)合值從表中查出對應(yīng)的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)進(jìn)行控制。

2）模糊PID控制模糊PID控制應(yīng)用模糊控制理論來設(shè)計數(shù)字PID控制器，其基本設(shè)計思想是：將輸入兩偏差和偏差變化率平面分成不同的區(qū)，在不同的區(qū)采用不同的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)的偏差及偏差率值從控制表中查得，其中，控制表用模糊控制理論總結(jié)操縱經(jīng)驗得到的。5.最優(yōu)控制最優(yōu)控制方法是應(yīng)用狀態(tài)空間法，以狀態(tài)空間表示加權(quán)二次性能指標(biāo)，采用最優(yōu)控制率來接優(yōu)化問題。常用的最優(yōu)控制法包括最優(yōu)預(yù)測控制、線性最優(yōu)控制和H∞最優(yōu)控制等。最優(yōu)控制最優(yōu)預(yù)測控制線性最優(yōu)控制H∞最優(yōu)控制5.最優(yōu)控制

1）最優(yōu)預(yù)測控制最優(yōu)預(yù)測控制通過在車頭安裝紅外傳感器或超聲波傳感器等方法預(yù)先獲得路面激勵信號，然后由主動懸架控制系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)節(jié)減震器阻尼力，從而實現(xiàn)最優(yōu)預(yù)測控制，可以解決控制系統(tǒng)的時滯性問題。由于該控制技術(shù)可以通過某種方法提前檢測到前方的路面狀況和變化，將有足夠的時間采取措施。因此，可以大大降低系統(tǒng)的能耗，且改善系統(tǒng)的控制性能。但是，因為該控制方法是以線性隨機(jī)最優(yōu)控制理論為基礎(chǔ)的最優(yōu)控制方法，在建立主動懸架系統(tǒng)模型時，忽略高端動態(tài)環(huán)節(jié)，根據(jù)確定的主動懸架系統(tǒng)參數(shù)計算出控制參數(shù)，僅對理想的主動懸架數(shù)學(xué)模型保證預(yù)期的性能。因而限制了線性最優(yōu)控制在主動懸架控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。5.最優(yōu)控制

2）線性最優(yōu)控制線性最優(yōu)控制是建立在系統(tǒng)較為理想的模型基礎(chǔ)上的，才有受控對象的狀態(tài)響應(yīng)與控制輸入的加權(quán)二次型作為性能標(biāo)志，同時，保證受控結(jié)構(gòu)在動態(tài)穩(wěn)定條件下實現(xiàn)最優(yōu)控制。例如，將線性二次型調(diào)節(jié)器控制理論和線性二次型高斯控制理論應(yīng)用于汽車懸架系統(tǒng)以實現(xiàn)最優(yōu)控制。線性最優(yōu)控制方法是在系統(tǒng)建模時，忽略了高階動態(tài)環(huán)節(jié)如車架、輪胎的高階模態(tài)，以及減震器、傳感器的動態(tài)特性等，所得到的控制參數(shù)是根據(jù)確定的參數(shù)計算出來的，僅對理想的數(shù)學(xué)模型保證預(yù)期的性質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化到一定程度時，會使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，控制參數(shù)不再使性能指標(biāo)最優(yōu)，有時甚至?xí)箲壹苄阅軔夯?。實際懸架系統(tǒng)有許多不確定的非線性、時變得高階動力系統(tǒng)，因此，難以用定長反饋系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的性能要求，所以，線性最優(yōu)控制方法在主動懸架上應(yīng)用很少。5.最優(yōu)控制

3）H∞最優(yōu)控制

H∞最優(yōu)控制是通過設(shè)計控制器，在確保閉環(huán)各回路穩(wěn)定的條件下，使相對于干擾的輸出取最小的一種最優(yōu)控制方法。為了模擬由于車身質(zhì)量、輪胎剛度以及減震器阻尼系數(shù)等變化所引起的誤差，應(yīng)用H∞最優(yōu)控制方法可以使汽車懸架振動控制具有較強(qiáng)的適應(yīng)不確定因素影響的能力。6.魯棒控制魯棒控制（RobostControl）方面的研究始于上世紀(jì)50年代，魯棒控制是一種考慮動態(tài)非線性及參數(shù)時變性的控制方法，它可以在系統(tǒng)設(shè)計階段對可能的影響因素加以考慮，從而將這些因素對系統(tǒng)的影響將到最低。魯棒控制方法適應(yīng)用于穩(wěn)定性和可靠性作為首要目標(biāo)的應(yīng)用。同時過程的動態(tài)特性已知且不確定性因素的變化范圍可以預(yù)估。采用魯棒控制的主動懸架具有較強(qiáng)的適應(yīng)不確定性因素影響的能力。但是，魯棒系統(tǒng)的設(shè)計要有高級專家完成，一旦設(shè)計成功，就不需要太多的人工干預(yù)；而且若升級或做重大的調(diào)整，系統(tǒng)就要重新設(shè)計。7.遺傳算法遺傳算法（GeneticAlgorithm）最初是由美國芝加哥大學(xué)J.Holland教授于1975年首先提出來的，它是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程計算模型，是一種模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法。由于遺傳算法的整體搜索策略和優(yōu)化搜索方法再計算時不依賴于梯度信息或其他輔助知識，而只需要影響搜索方向的目標(biāo)函數(shù)和相適度函數(shù)，所以遺傳算法提供了一種求解復(fù)雜系統(tǒng)問題的通用框架，近年來開始應(yīng)用到主動懸架控制中。8.復(fù)合控制目前，主動懸架采用的各種控制方法均有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處，將兩種或幾種方法相結(jié)合的復(fù)合控制方法往往能起到更好地控制效果。其中，由于模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)控制理論具有互補(bǔ)性。近年來采用基于天棚阻尼控制理論、模糊控制理論、和自適應(yīng)控制理論為主線的復(fù)合控制策略稱為焦點(diǎn)。

第三章節(jié)：模糊控制在主動懸架中的應(yīng)用1）模糊控制的技術(shù)原理模糊控制是以模糊集合論/模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機(jī)數(shù)字控制.從線性控制和非線性控制的角度分類,模糊控制是一種非線性控制,從控制器的智能性看,模糊控制屬于智能控制的范疇,而且它已經(jīng)成為實現(xiàn)智能控制的一種而有效的形式.模糊控制的技術(shù)原理（1）模糊控制系統(tǒng)的組成A/D模糊控制器D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象執(zhí)行器模糊控制的技術(shù)原理模糊控制系統(tǒng)一般可以分為五個組成部分（1）模糊控制器。實際上是一臺微型計算器,根據(jù)控制系統(tǒng)的需要,即可選用系統(tǒng)機(jī),又可選用單板機(jī)或單片機(jī).根據(jù)被控對象的不同,以及對系統(tǒng)靜態(tài)和特性的動態(tài)要求和所應(yīng)用的控制規(guī)則各異,可以構(gòu)成各種類型的控制器,如在經(jīng)典控制理論中,用運(yùn)算放大器加上阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的PID控制器和由前反饋、后反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的各種串、并聯(lián)校正器。在現(xiàn)代控制理論中，設(shè)計的有限狀態(tài)觀測器、自適應(yīng)控制器、解耦控制器。魯棒控制器等。而在模糊控制理論中，則采用基于模糊控制知識表示和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器”，這是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他控制系統(tǒng)的特點(diǎn)所在。模糊控制的技術(shù)原理（2）輸入/輸出接口裝置。模糊控制器通過輸入/輸出接口從被控對象獲得數(shù)字信號量，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對象。在I/O接口裝置中，除了A/D、D/A轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電平轉(zhuǎn)換線路。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。包括各角流、直流電動機(jī)伺服電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)，氣動調(diào)節(jié)閥和液壓電動機(jī)、液壓缸等。（4）被控對象。它可以是一種設(shè)備或裝備以及他們的群體，也可以是一個生產(chǎn)的、社會的、生物的或其他各種的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。這些被控對象可以是確定的或模糊的、單變的、有后滯的或無后滯的，也可以是線性的或非線性的、定長的或時變的，以及具有強(qiáng)耦合和干擾等多種情況。對于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對象，更適應(yīng)采用模糊控制。模糊控制的技術(shù)原理（5）傳感器。傳感器是將被控對象或各種過程的被控量轉(zhuǎn)換為電信號（模擬的或數(shù)字的）的一類裝置。被控制量往往是非電量。如速度、加速度、位移、溫度、壓力。流量、濃度、強(qiáng)度等。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影響整個控制系統(tǒng)的精度。因此，在選擇傳感器時，應(yīng)注意選擇精確度高且穩(wěn)定好的傳感器。模糊控制的基本原理2）模糊控制的基本原理可用下圖表示，它的核心部分為模糊控制器，如圖虛線部分中的部分所示。模糊控制器的控制規(guī)律有計算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)，微機(jī)通過采樣，獲得被控量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差信號E（在此取單位反饋）。一般誤差信號E作為模糊控制器的一個輸入量。把誤差信號E的精確量進(jìn)行模糊量化變成模糊量，誤差E的模糊量可用相應(yīng)的模糊語言表示。至此得到了誤差E的模糊語言集合的一個子集e（e實際上是一個模糊向量）。再由e和模糊控制規(guī)則R(模糊關(guān)系)根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量u為u=eoR式中；u是一個模糊量；合成運(yùn)算符號“o”表示模糊矩陣的乘法運(yùn)算，它與普通矩陣的乘法運(yùn)算規(guī)則相似，只不過將兩數(shù)間的相乘改為取“小”，相加改為“取大”而已。模糊控制的基本原理為了對被控對象施加精確的控制，還需要將模糊量u轉(zhuǎn)換為精確量，這一步驟稱為非模糊化處理（亦成為清晰化），得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)榍逦哪M量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對被控對象進(jìn)行控制。然后，中斷等待第二次采樣，進(jìn)行第二個步驟這樣循環(huán)下去，就實現(xiàn)了被控對象的模糊控制。模糊控制實現(xiàn)有以下五個基本步驟。模糊控制的基本原理A/D計算控制模糊控制的基本原理變量模糊量化處理模糊控制規(guī)則模糊決策非模糊化處理D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象傳感器模糊控制的基本原理

1.將精確量模糊化此處的精確梁山是指模糊控制器的輸入變量和模糊控制量的基本論域，常用的論域是系統(tǒng)偏差E，偏差變化率C和控制量U。模糊控制算法需要模糊量，將輸入變量轉(zhuǎn)換為模糊量，稱為模糊化，精確量模糊化的規(guī)則是一樣的，現(xiàn)在以偏差E為例。設(shè)偏差E的基本論域為[-x，x]，偏差E所取的模糊集論域為[-n，-n+1，……n-1，n]即可得精確量模糊化的量化因子KP=n/x，基本論域為[a，b]時，可通過變換式y(tǒng)=(x-)把[a，b]間的變量x轉(zhuǎn)化為[-n，n]之間的變量y。

模糊控制的基本原理2.將模糊變量分解稱為模糊子集將精確量模糊化后的模糊變量分解成幾個不同的模糊子集。模糊子集如何劃分有一定的主觀性，一般根據(jù)經(jīng)驗確定，生活中描述變量的大小和事物的狀態(tài)，多用“大、中、小”或“快、中、慢”等區(qū)別，因此習(xí)慣上劃分為八個子集，即；正大（PL）、正中（PM）、正?。≒S）、正零（PO）、負(fù)零（NO）、負(fù)?。∟S）、負(fù)中（NM）、負(fù)大（NL）等八擋。在模糊子集劃分以后，也就構(gòu)成了模糊隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)是模糊集合的特性。模糊隸屬函數(shù)將0～1之間的變量值分配給每一個子集，模糊隸屬函數(shù)既可以用列表的形式表示也可以用三角形、梯形等圖形表示。模糊控制的基本原理3.構(gòu)造模糊控制規(guī)則集設(shè)分別表示偏差E、偏差變化率C及控制量U的變化量為模糊量，則典型的模糊控制規(guī)劃集如下圖所示。模糊控制集是實踐經(jīng)驗的總結(jié)，它由若干模糊條件語句組成，如E=NL.則不論C為何值，都應(yīng)使E迅速增加，故取U=PL.如E=NO,C=PS,則取U=NS以消除偏差……，制定這些規(guī)則的原則是；既要迅速消除偏差，又要防止振動和超調(diào)。模糊控制的基本原理4.確定系統(tǒng)的模糊輸出量一組多重條件語句組成模糊控制規(guī)則，可以表示為從偏差論域到控制量論域的模糊關(guān)系矩陣。通過偏差模糊向量和偏差變化模糊向量與模糊關(guān)系矩陣的合成進(jìn)行模糊推理，得到模糊控制向量。模糊控制的基本原理上述模糊控制規(guī)則表示為語句，即

IfEandC,ThenU都可用前面講過的方法得出模糊關(guān)系矩陣R為

R=(E×C)×U隸屬度定義為實際上，優(yōu)秀操縱人員的控制經(jīng)驗可歸納為一系列的條件語句；

IfandthenIfandthen……Ifandthen有了控制規(guī)則表，根據(jù)每一條語句，都可以推斷出相應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣，即可得R,R,R,……R而整個系統(tǒng)的控制規(guī)則的模糊關(guān)系矩陣為

有了R,則當(dāng)任意輸入時，相應(yīng)的輸出為不同類型的模糊控制規(guī)則，可以不同的模糊推理方法。模糊控制的基本原理5.進(jìn)行模糊判決，得出控制量的精確值由模糊控制器得出輸出量U是一個模糊子集，需要把它轉(zhuǎn)化為一個精確的控制量u，常用的方法有最大隸屬度法，取中位數(shù)法和重心法等。(1)最大隸屬度法。取模糊子集U中隸屬度最大的元素作為輸入量u，如U=+++++控制量隸屬于等級5的隸屬度最大，則u=5.此法簡單，但要求隸屬度函數(shù)曲線為正規(guī)的凸模糊集合（即曲線只能單峰）。如果曲線為梯形度平頂，具有最大隸屬度的元素不止一個，此時就要對所有偶最大隸屬度元素取正值。模糊控制的基本原理（2）取中位法。最大隸屬度法完全排除了其他一切隸屬度較小的元素的影響和作用。為了充分利用模糊子集所有的信息量，可以求出把隸屬函數(shù)曲線和橫坐標(biāo)之間包含平分為兩部分之和，以此數(shù)作為輸入量。（3）重心法。求出隸屬度函數(shù)曲線和橫坐標(biāo)之間包含面積的中心位置，以此得出控制量的精確值，這和取中位法基本相似。模糊控制的基本原理