试论汽车悬架系统的发展及控制
摘 要：本文对汽车底盘悬架控制系统的一些基本类型以及特点进行了综述，然后对它们最近的发展情况作了简要的介绍。最后重点分析和讨论了半主动控制以及主动控制这两类悬架系统中经常用到的几种控制手段，并且初步探讨分析了未来悬架的发展趋势以及研究方向。
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关键词：悬架系统，半主动，控制
0.引言
汽车悬架各方面的性能会对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性以及行驶速度产生非常重要直接的影响。一般情况下车辆行驶的操纵稳定性以及平顺性两者之间是不能做到平衡的，在宏观感受上是相互矛盾，对于被动悬架这样的传统系统根本没有办法解决这个问题[1]。但是随着测控技术、电子技术、机械动力学等这些领域的飞速发展，汽车悬架系统也由传统被动隔振慢慢发展为振动主动控制[2]。尤其是信息科学领域对自适应控制、最优控制、人工神经络、模糊控制等的研究[3]，不但在理论方面获得了很好的成果，也使得汽车悬架系统有关的振动控制逐渐使用到这些控制方法，造就了悬架系统振动控制技术的飞速发展。
1.汽车悬架简介
汽车悬架通常情况下由减振器、弹性元件、导向机构这三个部分组成。其中弹性元件的作用就是缓冲，减振器的作用就是消振，导向机构的作用就是导向，它们一起来完成悬架系统力的传导。汽车悬架的功能主要表现在以下几个方面：支撑车身；对地面的冲击进行吸收、消减，起到保护车身和车架的作用；减小汽车的跳动；稳定转向，使得乘坐舒服。悬架的结构样式比较多，也有很多种方法对其进行分类。其中根据控制力实施分类主要分为：被动悬架、主动悬架、半被动悬架以及半主动悬架。
2.汽车悬架系统的控制方法
现阶段，都是使用微处理器控制汽车悬架，使用优良的控制方法，从而获得性能优良的减振效果。汽车悬架振动控制系统一般情况下都是利用相关的传感器来获得车身的绝对速度、车身相对于车轮的相对速度以及车身加速度等这些数据信息，通过计算机进行处理之后发出相对应的指令从而实现控制。由步进电机或者电液控制阀等执行机构对减振器的控制力或者阻尼系数进行调节。
2.1经典PID控制
经典PID控制无需知道被控对象的有关数学模型，只要按照经验进行调节器参数调整，就可以获得比较满意的结果，但是这种方法对于被控对象参数的变动非常敏感。对半主动悬架控制系统中使用模糊PID控制以及查表法变参数PID控制方法进行研究具备一定的实际意义。
2.2自适应控制
很早之前喻凡教授就提出了悬架的最优自适应以及自校正控制策略。这种策略的基本控制方法是LQG控制，对车辆参数以及路面输入的变化进行了综合考虑，从而实时调整反馈参数。汽车悬架控制系统中应用自适应控制方法有模型参考自适应控制以及自校正控制这两种控制策略。所谓自校正控制就是把控制器参数整定和受控对象参数识别相结合。所谓模型参考自适应控制就是指在车辆自身参数状态或者外界激励条件出现变化的时候，被控车辆其振动输出还可以跟踪所选定参考模型。只用自适应控制之后车辆的行驶特性得到了较好的改善，该种方法已经应用在德国大众汽车底盘中，相信不久的将来应用会越来越广泛。
2.3最优控制
在系统建模的时候线性最优控制方法忽视了高阶动态环节，比如轮胎、车架的高阶模态以及传感器、减振器的动态特性等，所获得的控制参数是计算出来的，所以只对理想的数学模型才可以确保预期的性能。如果系统参数出现了一定的变化之后，那么系统就会出现不稳定问题，控制参数无法使得性能指标最好，甚至有的时候恶化悬架性能。悬架系统实际情况下是包含一系列不确定因素的时变、非线性、高阶动力的系统，用定常反馈系统很难获得预定的性能。这就使得最优控制方法很少应用在半主动悬架控制系统当中。
2.4模糊控制
模糊控制是一种非线性控制，从属于只能控制的范畴，日本德岛大学的芒村敏夫在汽车悬架主动以及半主动控制系统中首先应用了模糊控制，使用模糊推理构造了主动以及半主动的控制规则，通过计算机模拟的方法来分析并控制车身的俯仰振动和垂直振动，其研究结果验证了使用模糊控制方法是有效的。但是模糊控制器的稳定性只能通过实施模拟过程进行测试，还没有统一的标准来判断它的稳定性；如果轮胎性能发生了改变那么就会造成控制结果发生显著变化；此外控制效果还受到路面状况几其他环境条件的影响。所以，在半主动悬架控制系统当中模糊控制方法的应用还无法从理论层面对其进行判定，只可以通过系统实测来对其进行判定。
3.汽车半主动悬架系统的发展趋向
3.1半主动悬架
集成化是车辆悬架系统值得研究的一个方向。将对侧倾、垂直、俯仰等三维方向的控制系统实现集成化。另外就是充分结合主动控制、被动控制、半主动控制，使得它们的优点能够实现互补，根据频段不同应用对应的控制方法。想要做更高层次的改造就是集成化ABSCS和先进的悬架系统。对振动控制的发展需要促进了器件和材料的迅速进展。而另一方面，新器件和新材料的发展反过来促进了振动控制的更广泛应用。将传感器、阻尼材料以及作动器做成统一的智能结构，这样有机结合了振动控制系统和结构，这也是未来悬架系统智能化未来新的研究方向。
随着相关高新技术以及学科的快速发展，尤其是高效微处理器的广泛应用，使得半主动悬架振动控制系统的应用成为现实。所以说未来的开发和研究方向就是基于磁流变液体相关的功能材料，开发造价合理、能耗低、控制有效的汽车悬架振动控制系统，另外根据不同的车型还可以开发专门的系统。但是这之前需要解决很多基础性的理论问题以及在实际应用过程中的一些技术问题。
3.2磁流变液阻尼器
可控制阻尼器的研究是半主动悬架系统研究中最为核心的。现阶段改变阻尼器系数的手段有两种，其一就是改变节流口大小，其二就是改变液体的粘度。对第一种方法的研究已经较为广泛，各种各样的专利和结构不断涌现。因为调节节流口是一种机械运动，其响应可靠性较低，并且具有一定的滞后性，另外可以调节的范围还很小等很多无法解决的问题。而第二种调节方法是利用磁场或者电场来改变阻尼，这种方式不仅简单，响应滞后性比较小，同时可靠性先对较高、可以调节的范围也很大，调节所需要消耗的功率较小等诸多优点，目前越来越受到人们的关注。但是，在悬架系统中应用该系统尚有很多问题需要解决。
随着各种功能材料的不断出现，比如形状记忆合金、磁（电）伸缩材料、磁流变液、电流变液等，已经有人在研究如何将这些功能材料应用到半主动控制装置当中去。已经有研究表明，使用磁、电流变体可以使得半主动悬架的阻尼特性得到一定的改变。美国Lord公司已经成功研究出用在结构抗震以及车辆座椅中的磁流变阻尼器。Spencer等人在试验结果的基础之上构建了磁流变液阻尼器有关的Bouce-Wen滞回模型。总而言之，近年来， 工业界以及很多不同学科领域的研究者已经充分意识到磁流变液的理论价值和应用前景。
4结束语
半主动悬架这种产品在*用车辆、重型车辆以及轿车有着非常广泛的市场前景。就目前而言，汽车半主动悬架的研制及其产业化已经受到社会各界的广泛关注。磁流变液的成功研发，实现了减振器液体粘度的瞬间可调，磁流变液作为实现阻尼可调减振器的良好液体。目前已经进入了商品化这一阶段，但是在实际的应用过程中还是存在很多的问题，比如说耐久性、温升以及稳定性等这些问题还需要对其进行更多的研究。
参考文献：
[1] 姚嘉伶， 蔡伟义， 陈宁. 汽车半主动悬架系统发展状况[J]. 汽车工程， 2013， 28：.
[2] 孙建民， 孙凤英. 汽车悬架系统的发展及控制技术研究现状[J]. 黑龙江工程学院学报， 2014， （1）：.
