饶嘉彬
方盛车桥（柳州）有限公司 广西 柳州 545006
摘要：汽车在行驶过程中的平顺性和操控的稳定性，都是由汽车悬架的性能来直接决定的。在汽车技术不断发展的同时，研制出了主动悬架系统，用以解决被动悬架对汽车性能的限制，提升汽车悬架的稳定性。主动悬架是可以按照实际情况的变化来对汽车悬架进行主动的调整，可以按照需要的控制力来让汽车的震动得到有效的抑制，并能够让悬架可以一直保持在最佳的减震状态之下，让汽车行驶的性能能够更加稳定。
关键词：主动悬架；模糊控制；PID控制；仿真
1.引言
现代化社会的进步，人们生活水平的富足，越来越多的汽车走进了千家万户的生活之中，成为了人们生活中主要的代步工具。在汽车工业不断发展的同时，作为汽车运动系统中最为重要的一个组成部分，悬架系统的好坏，已经对车辆的每一项行驶的性能有着直接的影响，对行驶过程中的平顺性也有了直接的影响。我们为了对汽车的震动进行分析，按照震动来对悬架的参数进行调节，利用减小震动的方式，让现代化的汽车性能可以得到有效的提高。主动悬架控制的策略，对于整个悬架系统的设计有着非常重要的意义。不同的悬架控制规律，会出现不同的控制效果。在悬架系统硬件的设计条件不变的基础上，半主动悬架和主动悬架的差异，就在于对能量的消耗有明显的不同，所以，半主动悬架的控制率设计，是可以在主动悬架的控制策略基础上来进行的，并且只需要按照所消耗的能量来对其进行适当的调整。
2.主动悬架控制模型
因为设计模型是不包括汽车的整体几何信息内容的，所以也不能够用模型来对汽车的俯视和仰视角、侧面的倾角震动的情况进行分析。但是，因为模型中涵盖了很多基本的特点，所以，即便是利用每一种不同的悬架结构来进行分析和研究，结果都是可以利用不同路面激励引起车体的垂直震动，利用1/4车辆力学震动的模型来对其进行表示。1/4的悬架是最适合汽车的主动型模型，当我们考虑以下几个方面特点的时候，1/4悬架也是最有效的。第一，在有效性保持正确的基础上，对系统的描述参数可以减少；第二，尽可能的对系统运行参数的数量进行减少；第三；对控制率进行探索的时候，车身的质量分配系数如果保持在0.8-1.2的区间之内，我们就可以确定，车身的前方和后方的震动是独立存在的，这就能够证明车型的纵向结构也是相对独立的，前轮和后轮完全解祸的情况下，我们可以在对称激励下，将1/4车辆的二自由度模型来进行建立。利用这一模型能够更加便捷的进行分析，并且对波长、低频激励效果更好，研究者能够利用这一模型方式，对控制理论的正确与否和有效性进行分析和确定。
我们可以按照相应的理论来对1/4的车辆模型来进行建立。模型由悬置质量、主弹簧、阻尼元件、主动作用力、非悬置质量以及弹性轮胎六方面构成的。二自由度系统中引发垂直共振的系统是共振频率以及外部的激震频率与车辆、车轴之间频率保持一致的情况下完成的。模型原来的被动悬架系统模型的基础之上，利用动力装置U来产生一定的作用力，这一动力装置能够按照需求，在非常短的时间内进行较大的动力变化。即便变化速度非常短，变化频率较大，也仅仅只是因为动力装置的功率消耗而产生，在一定范围内变化具有连续性，在实际的操控中，还可以给相关的控制参数进行闭值的设置。对参数的控制超过阈值的时候，动力装置才能够进行工作，这样能够让悬架系统的能耗有大幅度降低。图中的各参数表示：Mt 一轮质量，Ms一1/4车身质量，Kt一轮胎刚度系数Ks一被动悬架刚度系数，Cs一被动悬架阻尼系数，Xr一路面的扰动输入，U一作动器的控制力，Xt一轮胎位移，Xs一车体位移。
3.主动悬架控制器的相关设计
汽车在形势的过程中，需要保证其形势的平顺性和操控的安全性，这就需要主动悬架控制系统能够达到相关的要求。我们可以通过三个方面，即垂直加速度、轮胎动载荷、悬架动行程来对主动悬架控制器进行设计，以此来改善悬架的衡量。我们将车身加速度来作为控制的对象，让车身的加速度尽可能的降到最低，将建立最具典型标准的负反馈结构来按照偏差进行控制。偏差，是输出量和设定的数值之间的一个差值，主动悬架的控制力，是被控制对象能够引起输出量变化的作用力。我们将利用MATLAB的仿真软件来对PID控制模型来进行搭建，可以得出相应的仿真模型和仿真结果。PID控制的主动悬架系统，能够让车身的加速度峰值得到极其明显的改变。和被动的悬架相比，主动悬架系统对力度的增加超过了一倍。即便在动挠力和动载荷这两个方面，控制的效果还不没有达到最理想的状态，但综合情况来考虑，我们利用PLD控制的主动悬架，其性能比传统的被动悬架的性能要有明显的改变和优势。具体PID控制的字模块实现如图2。
4.模糊悬架的控制和性能
改善悬架性能的一种方式是模糊控制，模糊控制在动挠度和动荷载这两个方面的控制效果，比PID控制的主动悬架的效果要更优秀。但在加速度方面，模糊控制的效果并不及PID的控制。所以在综合层面上进行考虑，只利用模糊控制的主动悬架，在整个控制的效果上，并不及单纯利用PID控制得到的效果。我们通过仿真结果，将模糊PID控制、PID控制以及模糊控制的几个结果进行对比，在结果中我们能够看出，模糊PID控制在整个车身加速度方面，比其他几种控制策略的效果更好，在加速度的改善力度方面，和被动悬架相比，能力提高了约一倍。鲁棒性甚至也比其他几项控制策略要更加优秀。综上所述，无论是加速度还是悬架动挠度、车轮动荷载几个方面，模糊PID控制在几种控制策略中是最优秀的。
结论
工业化革命虽然已经离我们较为遥远，但工业革命留下的理论和技术依然被我们延续至今。汽车工业的迅速发展，其理论也在发展的过程中，得到人们越来越多的关注和重视。汽车悬架的主动控制技术，就是整个汽车动力学和汽车控制理论中，最为重要，并且最受专家和学者关注的课题之一。我们在本文中，就对汽车的主动控制策略进行了更进一步的分析研究，同时，利用桑塔纳汽车的候选架单侧的结构参数作为参考的案例，在WINDOWS98系统的操控之下，利用Matlab和Simulink的工具来对仿真进行计算分析。仿真的结果能够对汽车的平顺性改善有所帮助，同时，让稳定性也能够更好。在本文中，对汽车的主动悬架发展的内容和方向进行了更为全面的分析，对国内外的同类型研究也进行了一定程度的掌握。我们主要对悬架控制理论和方法进行更进一步的研究和讨论，并且能够取得科研的重要成果。
参考文献：
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[3]阎树田,张俊峰,张雪,杨成.汽车主动悬架控制策略研究及分析[J].机械与电子,2013,(3):6-9.
论文作者:饶嘉彬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/13
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