半主动悬架系统与车辆性能的协调研究

江苏大学

硕士学位论文

半主动悬架系统与车辆性能的协调研究

姓名：刘飞

申请学位级别：硕士

专业：车辆工程

指导教师：陈龙;薛念文

20030610

江苏大学硕士学位论文

摘要

乘坐舒适性和操纵稳定性是车辆两个藿要的性能指标，悬架系统性能的优劣直接影响了车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，而传统的被动悬架在协调车辆的这两个性能方面存在着很大的局限性，随着对车辆性能要求的进一步提赢，被动悬架已经越来越不能满足车辆的要求，所以近年来人们开展了对非被动悬架的研究，即用电子控制方法提离车辆悬架系统的性能。主动悬架系统虽然克服了被动悬架系统的缺陷，但由于主动悬架系统实现的造价很离，因此到垦翦为止巍寒见到性能较好、造价较低的主动悬架褥到应用。半主动悬架侔为分予传统的被动悬架系统鄹主动悬架系统之阅的据衷方寨，既克服了被动悬架系绞的缺憝，又侵实现成本降低，成了汽车技术的研究热点。本文慰半主动悬黎系统进行了拐步遮研究。

营先，在Ｋｊｌ３ｅ减振器熊蓥磷上，褥葱了胃调阻鬣减攘嚣设译方案，撵崮了一转逶过调节麓流瑟瑟度浚交减掇器戳尼的设计憨潞，研秘了实验用胃谲阻尼减振器，并进行了室内台粲试验。根据试验缩采，分析了可调阻尼减振器的动态特性，验证了该设计方案漪可行往，为建立曼为通用的半主动悬粲模型提供了可靠依据；闻时，详细分析了试验中存在的问麓，为迸～步完善可调阻尼减振器设计奠定了基础。

其次，根据可调阻尼减振器的动态特性，建立了半主动悬架１／４车辆非线性模型，并与传统的线性模型进行了对比分析，结果表明该半主动悬架非线性模型更接近实际车辆，为研究半主动悬架神缀网络控制系统提供依据，也为进一步设计能够较好协调车辆平顺性和接地褴的半主幼悬架系统奠定了基础。

最后，设计了神经网络反馈控制系统，采用一种特殊学习（直接学习）方法对其进行训练，并将其应用于半主幼悬架非线性模型的仿真验证，通过对多种路厦激励输入条件下的仿真分析表明：该神经网终反馈控制系统可以较好地提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，采用这种神经阙络反馈控制的半主动悬架，可以较好地协调车辆性能。

关键词半主动悬架可调阻尼减振器台架试验毒申经网络控制

——±圭叠墨鍪墨丝量圭塑壁缝塑堡塑堕塞

Ａ８Ｓ’ｒＲＡＣＴ

讹ｅｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔａｌｌｄ

ａｒｅ铆ｏｏｆｔｈｅｍａｉｎｐｅｒｆｂｒｎｌａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓｏｆ

ｈａｎｄｌｉｎｇ

ｖｅｌｌｉｃｌｅ，Ｖｅｈｉｃｌｅｓｕ印ｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｎｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｒｉｄｅｅｏｍ受赡ａ珏ｄ羹臻ｄｌ｛蕤ｇ。硒ｅ妇硅至ｔｉ雠蠢ｐ鑫ｓｓｉｗ瓣ｓｐ镒ｓｉ。ｎ奴蚰ｏ∞ｍｅｉ璐ａ辫ｅ玲遗ｉｍｐｒｏＶｉｎｇｔｈｅｔｗｏｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＶｅｈｉｄｅ，Ｗｉｔｈ讯ｅｄｅｍａｎｄｉｎｇｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｐｅｒ］Ｆｏｎｎａ｜１ｃｅｆｈｎｌｌ或ｔｈｅｔｒａｄｊｔｉｏｎａｌｐａｓｓｊｖｅｓｕｓｐｅｎｓｊｏｎｃａｌｌ’ｔｍｅｅｔｍｅｄ锄ａｎｄｏｆ也ｅＶｅｈｉｃｌｅｓｔｅｐｂｙｓｔｅｐ，ａｎｄｓｏｔｈｅｆｍｎ—ｐａｓｓｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏＩ辩ｅ氇。娃弱ｉｍｐ∞Ｖｅ囊ｏｑ毽基至ｔｙｏｆｓ骓蹲ｅ鞋ｓｉｏ珏ｓｙｓｌｅ趣矗８ｓ＆ｅ建ｓｔｕ蘸量ｅｄ。Ａｌ囊。啦氇。ａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ敞ｎｏｖｅｓｔｈｅｒｃｓ砸ｃｆｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐａＳｓｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｓｃｏｓｔｉｎｈａｒｄｗａｒｅｉｓ１１ｉｇｈ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｔｌｌｅｒｅａｒｅｆｅｗａｃｎｌａｌａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｃｍｔｏｂｅｆｏｕｎｄｏｎｔｈｅＶｅｈｊｃｌｅｓ．Ｔｈｅｓｅｍｉ－ａｃｔｉＶｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｓｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｂｅｔ、∽ｅｎｍｅｅｏｎＶ嘶ｉｏ驻｜ｐａｓｓｉＶｅｓｕｓｐｅ珏ｓｉｏｎｓｙｓ把ｍ娃莲ａｅｔ沁ｅｓ毽萼Ｉｅ建ｓｉｏ矗ｓｙｓｔｅｍ，ｅａ珏ｐ嚣＆强ｔｈｅ矗ｍｏ娃０ｎｏｆａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｑ伍ｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐｏＷｅｒｉｓｖｅｒｙｆｃｗ．ＳｏａＶａｒｉｅｔｙｏｆｓｅｍｉ－ａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｏｐｍｃｔｉｃｅ．Ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙｏｎ也ｅｓｅｍｉ－ａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ。

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ｎｅｌｌｒ畦ｎｅ｛Ｍ瓣嫩，ｃｏｎ￡ｒ挣ｌ

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学位论文作者签名：列己

日期：２Ｄ口弓年《月Ｄ７ｌｊ

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第ｌ章绪论

１．１悬架与汽车性能的关系

悬架系统是车架和车桥之间的所有传力零件和部件的总称，其主要功能是将路面作用于车轮上的各种力和力矩传递给车架，从而保证车辆正常的行驶：通过弹性元件的缓和冲击作用、减振装置的衰减振动作用以及导向机构对车身和车轮运动轨迹的限制作用，使汽车具有良好的乘坐舒适性和行驶稳定性【ｌ，２】。

作为连接车轮与车架的重要总成，悬架系统直接关系到汽车的平顺性、安全性、通过性等多种性能，同时它还影响到零部件的使用寿命。悬架所传递的力和力矩有垂直力、纵向力和侧向力，其中垂直力保证了车身的质量最终由地面承担，纵向力保证了汽车的启动、制动、前进和倒退，侧向力保证了汽车的曲线运动。悬架要缓和有不平路面传给车身的冲击载荷，衰减有冲击载荷引起的承载系统的振动。在车辆侧倾或俯仰的时候，悬架要能及时的控制车身姿态，保证此时的舒适性和安全性【ｊ４】。

目前，研究中普遍采用的悬架是由

弹性元件和阻尼减振器组成（结构如图

１．１四３）。悬架弹簧刚度小、减振器的阻

尼小，有利于控制由路面输入、惯性力、

空气阻力造成的中高频垂直方向的车

身运动，使中高频车身垂直加速度降

低，提高了舒适性，但车轮动载荷加大，

影响了车轮的接地性，损害了安全性。

悬架弹簧刚度大和减振器的阻尼大，有

利于控制低频垂直方向车身运动及其

所决定的座椅运动，还有利于控制车轮

动载荷，提高了安全性；同时有利于汽

车在做各个方向的加速运动时控制车

图１ｌＨｏｎｄａ轿车双横臂后悬架身姿态，提高了舒适性。

可以看出，车辆的舒适性和安全性在低频和中高频时对悬架的要求是矛盾的，要使悬架达到最优特性，就要使悬架根据不同的工况，在满足汽车对悬架基本要求的同时，做到悬架特性与簧载质量大小无关，并能根据工况的不同，及时正确地改变悬架特性，这样才能在总体上同时保证汽车在低频和中高频的舒适性和安全性，并能控制整车姿态‘３１，从而使车辆性能得到更好地协调。

—～堂圭墨查墨叠堕兰圭塑垫塑塑堡塑堡查：

１．２悬架的发展概况与现状

菝懑柒黟工俸琢骥不霜蠢分必被动悬梁（ｐａｓｓｉｖｅｓ毽ｓ淤矬ｓｉｏｎ）、半主动悬梁（ｓｅｍｉ以ｃｔｉＶｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）和主动悬架（ＡｃｔｉｖｅＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）三种基本类型脏Ⅲ。结构分别如图１．２。

曰。园甲

（ａ）被动悬架（ｂ）半主动悬架（ｃ）全主动悬架

掰ｚ：繁载覆羹熬：嚣簧载矮羹囊：悬絮弹簧难度藏：耱齄刚度ｃ：阻尼，：作幼器作动力

图１．２车辆悬架系统结构图

１．２。ｌ被凄悬絮

１９３４年，０ｌｌｅｙ发明了被动懋架的基本原瑷。被动悬架怒迄今为止历史最悠久、应用最广泛的悬架。它结构简单、性能可靠、造价低和不消耗外界能嫩等优点，笈茭识然羹汽攀上普遽采鼹憋爨絮系统。鬣是传统戆裟麓悬絮戆裂魔辣隧愿参数，照按经验设计绒优化方法选择的，然两踟于操级稳定性和乘坐舒遗性在汽车悬架结构设计上燎很难获得统一的，所以要同时满足两项性能的要求就必须进行一定的拆衷，且务参数一经选定蓐，在汽车的行驶过程中，其悬架特性参数无法淹汽率的运雩亍工况帮激聚熬交纯褥迸孬谲繁。因两车辆馥毵瓣遗一步强凑受妥限制。随着汽车速度的提高，现代汽车除了保证其基本性能外，还致力予提高舒适性和安全性，向离附加值、高憔能和高质量方向发展。对此，作为影响操纵稳定瞧秘乘坐努逶缝懿羹要赘终之一熬汽车悬絮必矮进蟹麴蔽懿改送。遥＋年来，随着现代传感技术、微电子技术、伺服液压技术和控翻技术螽鼋发展，半燕劝和全主动悬架系统因而得到了大力发展３＇４】。

ｌ。２。２全主动悬絮

１９５４年ＧＭ公词的Ｆｅｄｅｒｓｐｉｅｌ．Ｌａｂｍｓｓｅ提出了全主动憋架的思想，并应用于

！！三茎奎鲎望主兰堡垒查

嚣铁龙２ＣＶ轿车上；１９６５年，ｗｅｓｔｉｎ曲ａｕｓｅ也做了相似的研究。全主动悬架系统是根攒检测至《的环境与车体状况，通过控制系统产生的捧用，寒控制悬絮特性，以达到期望的悬架特性，这种悬架系统可以显著提高汽车的操纵稳定性和乘坐舒邋性ｅ主动悬架主要由控制系统ｊ｝珏一套由油泵、储油罐、各轮压力控制阕、工作缸液压控制系统和安全阀等组成的液压系统组成。由图１．２（ｃ）的两自由发的车辆主动悬架模型可以看出，全主动悬架的熬本工作原理是：传感器将采集的反映悬架振动的信号传给控嗣器，控制器控弑主动悬架的力发嫩器，产生控翎力控制车身的振动。

在主动悬椠被提出黻后静邋五十年黧，主动懋粲无论在理论研究和实际应搿中都取得了较大的发展，这一研究过程先后经历了单自豳度系统模型、二自由度系统模燮、西警国度系统模型帮凝车模黧等磅究除段。我Ｂａｆａｌ【耥Ｄ。｝确ｖ采爱诗葬机模拟激励的方法研究表明，相对于被动悬架而言，主动悬架能大大降低座椅靛热速废淘方报篷，大大提高了警颥往。在实际敝臻中，ｌ。ＥＸ｛｝ｓ４∞轿耄上安装了全主动悬架系统，Ｎｉｓｓａｌｌ．Ｉ曲ｎｊｔｉＱ４５率的全主动悬架性能的试验数据可以看滋，全圭动惹蘩在箭遥戆、安全幢羁霹整车姿态豹控铡上都毙被动基絮俊越。氆是由于垒主动悬架制造成本高、结构复杂、加工困难、使用成本商（一辆中型轿翠戆全奎麓悬絮系统要消耗数予嚣豹功搴）等欧蠡，谴缮菱动悬絮基蘸逐没毒缮到普遍皮用ｐ，４】。

ｌ。２。３毕主餮爨莱

半主动悬架燧另一种舆型的呶子控制悬架。１９７３年，Ｄ＇Ａ．ｃｒｏｓｂｙ和．ｃ．Ｋａｒｎｏｐｐ蒋先提国了半主动悬粱静概念，它被铁为填静了被动惹浆帮全主劝基檠之簿筋鸿沟。半主动悬架的基本工作原理是：用可调弹簧溅可调阻尼元件组成悬架，并椴镶悬架黥振动确癍等反馈信号，按照一定麓谖节瓣律谤繁车辘爨絮系统静磁度袋阻尼状态，来提高车辆的行驶平顺性和安全性。图１．２∞是目前研究的较多的～耱阻趸Ｗ诱静半童！凌惹絮模型，其核心帮转是《交疆藩减叛器剐ｊ。

１．２．４备种悬架性能的比较

半童动悬絮同酣具有主动憨架、被动悬架躺特征，髓在更多方面保窝有被动悬架的赋有特铽。概括越来有如下几点”１：

ａ．半主动戆架系统以溺环的方式拉桶阻整力，毽攒传感嚣、电子控锈装置，以及调制阻尼力的伺服阀，在逮一方面类似主动悬架。

ｂ．可良采糟各静可能懿控黼策略，翔天秘阻尼控稻、篱擎线毪爱镄控翱、最优控制、相对控制，也可采用自适应控制（当模型的参数是大范围变化时），这遣类钕主动慧絮。

。．无论采用什么样的控制方式，由于半主动悬架系统几乎不需要供能，而

孚主动悬架系统与奉辆蛙能鲢协塌研究

只是耗能。襁进行控制器设计时，尽管可以采用线性反馈、最优众状态反馈，佩最终在半主动悬架系统中＿敝用时要附加一个约束条件，而这个条件使半主动悬架系绞在本蒺上其骞｛≥线瞧。

ｄ．半主动悬架本质上楚可调阻尼系统，它可戳产生任何期鋈的阻尼力替代被动阻尼力。

ｅ．半主动悬架仅有电控装置和驱动机构要消耗戆璧，因面消糍的能量小，系统翡维牵奄麓苇、遥徐低。

表１．３各种悬架性能比较袭

半主动悬架系统

Ｉ悬架名称被动悬絮系统全主动悬架系统

嚣荧攫连续缝

０ｎ晒ｆｆ可调阻连续可调阻尼

调节元件不可调减摄器电液作动器

尼减振器减振器

调节车身与车轮间作用原理阻尼誉变阻尼有级可调阻尼连续可调

妁终用力控稍方法不撩手动或自动电、液自动穰、液塞魂

频率范围《１０Ｈｚ《２０Ｈｚ＞１５Ｈｚ

能量消耗无很小很小很大

泼善横彝力学黪性不改耱奎癌大

｜改善垂直力学特性不改蒋小中大成本最小小出大

ｌ。３半主渤悫架控割概述娜。３

在半主渤悬架发展的近３０年的时间里，经典控制理论、现代控制理论以及智能控制理论都在半主动懋絮中得到了应用，根据所采用的控制方法的不同，大致哥馥努势淡下蔻令罄分：

１．３．１多正况综合控制方法Ｈ１

吉林工渡大学李静、攀幼德曾经做过这方面的工作。应用经典葳馈控制理论，主要是将汽车静行驶性熊在艇邃工嚣、露《动工猛、转囱工嚣蠢及羧档等工掘下褥到优化。多工况综合控制方法不需要进行实时控制，对可调阻尼减振器的动态性能要求不高，易于实现，所以具有实际应用价值ａ

ｌ。３。２矮逮控镄

慢速控制半主动悬浆是一种简单的根据路面和｛亍驶状况的结合情况判断戚敷何种阻尼的半主动悬架，之所以称其为慢速控制，是因为其阻尼变化不是基于实薅控到，逮疫魄较授，宅豹琢理磐下：

将加速艨传感器测出的车身加速魔记录下来，簿经过一段黠瓣，求出信弩耱

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方差，出院稚浏您路面状况；眈鲡可以估计车身加速度的方差，用方差捺测路面状况，或对加速度数据进行快速傅里叶变换，推测路面主要激励所处的频段，执行与路甏狻嚣鞠对应静簸优控翻，疆鬻褥翻较壶予的舒适健和安全性。隧愆的确定是离线的。

当遂路戆爨瑟激聚特性基本不交并基长露漓集孛奁菜～颓浚时，这耱方法效果较好。当路面激励统计特性复杂时就不能准确判断行驶状况，而事实上这种激瓣受接邋予真实瓣籍瑟激瘸，因为繇使黪瑟空闼谱不交，夔着车速弱改交箕跨露激励特１生也将改变。当路面激励较平均的分布在各个频段时，用这种控制逻辑进霉亍控铡簸不能缀好熬解竣低频裁孛寒频籍逶牲之阕静矛＾｜嚣。

１．３．３天棚阻尼控制

是由Ｋａｒｎｏｐｐ所提出静阻尼按铺原蘧。对它的解释就是：可切换疆瘸器总是试图阻碍簧载质爨的运动，当它冤法做到的时候就进入低阻状态。但是由于这种方法要灏量簧载质量静

绝对速度，而簧载质量的

缝霹速炭不能蠢绥溺耋，

只能通过测量簧载质量

瓣秀ｌ速度露遽弦积分；掰

以给这种方法的应用造

戏了一定豹霆鼹。撂分

析，当率身加速度下降

融，车轮魂载｛毒上舞，艨

以不能缎好的协调车辆

蛇行驶乎顺性帮操纵稳

定性。图１．４嘲怒一种全

机械相对控制的半主动

怒架，其控制规刚和天棚

图１．４一种垒机械相对控制的半主动悬絮

控制规则在逻辑上相似。

１．３．４最优控制

应瘸子车辆悉檠控制系统懿最饶控傣ｌ方法霹淤势必线经最饯菠测、玩最饶控制和最优预报控制等三种。线性最优撩制是建立在系统较为理想模型之上的，采题坡控黠蒙的状态响疲与控毒ｌ竣入懿热投二次型终为瞧§ｌ撂撂，圈时缳涯被控结构动态稳定性条件下实现ＬＱ和ＬＱＧ。对于这种方法，但是，由于半主动悬絮摸型的不确定性，赝以这秘方法一蛊没有褥到攘广。Ｚｋ最优控制是设计的控制器在保证闭环系统各回路稳定的条件下，使相对于噪声干扰的输出取极小的一

一～一±圭型墨茎墨垫鱼圭塑：些垡塑垃塑堑塞

种最优控制方法，可实现车辆悬槊振动控制其有较强的鲁棒性。最优预报控制是利用车辆前轮的扰动信息预估路面的干扰输入，预报控制的策略就是把所测量到豹状态交豢反馈给翦后控稍器实藏疑饶控制，这种控箭方法特剐邋合于鞔滋车辆的主动悬架，由于机车大多是在同一轨线上反复行驶，基于过去和现在的信息可疆颈溺将来豹信惑，结会镩统豹ＬＱ控麓系统实撼最饶颈缀控麓。模损翮试验结果寝明，控制效果显著。

１．３。５自适应控镧

自适廒控制是指系统的输入秘于扰发生较大范嗣的变化时所设计盼系统能够自动适应环境，调节系统参数或控制策略，使系统仍能遮到设计的要求。自适应控制所处理的题具有“不确定性”的系统，通过对随机变量状态的观测和系统模跫的辩识，设法降低这种“不确定性”。由于被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的。所以自适成系统首先在控制系统的运行中，不断测擞系统的输入、状态、输国或性能参数，通过学习逐渐了解和掌攘被控对象，然爱根据掰绘的过程信息，按一定的设计方法，作出控制决策去更新控制器的结构参数或控制作用，疆便在菜种意义下使控蒯绐采达鬟疆饶或次最优，仿真计算证鞠这稀方法符之有效，但算法偏复杂，对系统要求高。由于悬架中影响参数众多，且相互间还有耦合，其中一些参数还有时交，因魏该方法燕有一定豹优越经。

ｌ＋３．６模糊控制

模糊控制方法被应用于车辆悬架系统中（自９０年代以来），日本德岛大学芳专重敏夫教授的研究工作，他同时把模糊理论应用予车辆悬絮半主动鄹主动控制系统，基于三质量豳自由度动力学模型，在随机激励作用下，按ｓＭ控制模溅，采用模糊推瑷分别构成半主动和主动控制４９条模糊控制规则。进行计算机模拟分析来控制率身的簧直振动和俯怖搬动，结聚证实裔效。

日本名古屋大学桥山锼训等采用ＧＡ设计车辆悬架举主动系统的模糊控制器，由于玄兵有自动调整输入交嚣麓组合，隶震函数静参数和稹猢麓弼数瓣等学习功能，按Ｋａｎｌｏｐｐ控制模式寻找模糊控制规则和选择输入变量，计算机模拟结栗显示结会ＧＡ豹模糊箍疆方法浇攀矮方法更翔露效。

在国内，陈无畏把模糊控制引入到半盘动悬架系统控制中，做了很多啦有成效静工佟。在鼹输入纛输穗煞模凝往孛，采霜了苓溺戆隶满废丞数；在逡纾模凝推理中，也采用了不同的模糊推理系统；语言规则大多采用ＳＭ推理得到的４９模凝控髑瓣聚；结聚涯弱，模鞍撩臻《在半童动悬絮系绕数控割应震孛兵毒｛爨大的优越性。冀缺点在于控制模型的建立要经过大量的试验，而且一盥悬架参数发生交位，其牲ｇ§将下降。

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１．３。７神经模糊控稍

把神经网络鄹模糊控制系统相融合，张庙康辫把Ｋａｆｎｏｐｐ和ＳＭ规则导入网络，用模糊表示规则和知识，进行１／４车辆模黧的半主动悬架系统振动分析，以车身垂患振动加速度和其变化察组合的评价函数最小为目标优化层间权重的学习算法决策控镑９量。经过计算枫模拟的实例表鞠该控制方法纥侄何单一的控制方法优越。根据模糊系统和神经网络连接的形式和使用功能，两者融合的形态可｜扫纳戎蔽下酉类；松散黧结合、并联登缭合、串联辇结合、结构等狯鼙结合。陈无畏曾建立了五自由度的悬架模型，并使用了串联型神经模糊网络控制，并取得了受静静效栗。德是耱缀模糖瓣络蘩稳镰往过予复杂，髫蘸还灵袋子理论上懿蹬究，在实际中应用尚有～定难度。

１．４本课题耢究的宝要内容、方法和意义

１．４。ｌ童要内容

ａ．在ＮＪｌ３０液力减振器的基础上，改进、设计出阻尼连续可调的液力减振器，著试制熟王，结合套絮试验；对其动态性能进行分摄，隽建立半主动悬絮模型提供依据；

ｂ。建立车辅豹嚣岛囊度半生动悬架ｊ＃线性模型，并避行仿冀分拆，慰半主动悬架与车辆的性能进行协调研究；

ｃ．设计出神经网络智能控制软件，并将其应用于半搬动悬架控制系统；利用仿真软件验证控带０策略的有效性和优越性。

ｌ。矗。２磺究方法

ａ．对于半主动悬架系统模型的建立，由于模型中的很多元件具有不确定的≤｝线毪爨豢，瘊鞭，缀戆应用怨辑法瓣冀避孬建攘，本文袋握套絮试验，对一些庶要元件的非线性进行分析，然后建立半主动悬架系统的非线性模型；

ｂ。瓣于菲线性系统豹控制翊题，由予蟹§％控卷《理论在ｊ睦％性系统的控制中被证明舆有明显的优越蚀，而随箫对智能控制理论的深入研究，以神经网络为主鲍餐能控肇《理论经过初剑翅的发震，现在已进入快速稳定的发鼹除段。势且有不少成功威用的例子。所以，本文借助神经网络智能控制璁论，建斑半主动悬架系统的控锘《律。

１．４．３技术路线

可调阻耀减振器研制及实验分析可调藏羝

器速度特性

建点半主动

悬架模型

翻１．５本文技术路线

建藏神经弱

络控制规则

协镯车

辆性能

半主动悬架系统与车辆性能的协调研究

１．４．４意义

经过几十年的不断发展，传统被动悬架作为汽车的必不可少部件，其基本结构及设计理论已基本发展成熟，再提高的潜力越来越小。电子控制技术的进步为其发展注入了新的活力，世界各国的著名汽车厂商和研究机构都投入了大量的人力物力进行主动、半主动悬架的研究，其中性能价格比相对较高、适用于普通汽车的半主动悬架的研究尤其引人注目，从我国的国情出发，半主动悬架的研究更加具有现实意义。

经典控制理论和现代控制理论都要求系统能建立精确的数学模型，模型的精确与否在很大程度上决定着控制效果的好坏，众所周知，对悬架系统是很难建立包括所有影响因素的精确数学模型的，神经网络和模糊控制方法不要求系统的精确数学模型，因此，它对半主动悬架的控制具有比一般控制方法优越的特性，但是，模糊控制方法在解决悬架控制中的时变和不确定性问题存在一定的缺陷，神经网络控制方法不善于利用现有的经验和知识，国内外研究表明，神经模糊控制方法是一种更优越的方法，能较好的解决系统的时变问题和不确定性问题，但是由于神经模糊网络结构往往过于复杂，不利于实际应用。因此，本文采用结构相对简单的神经网络控制，而利用一种特殊的学习方法对神经网络控制器进行训练，以提高神经网络的速度，具有较大的应用价值。

要对半主动悬架进行深入系统的研究，性能可靠、功能完善的半主动悬架电子控制系统和可调阻尼减振器是必不可少的，国内开展的半主动悬架的研究中，这方面做的工作还相对较少，因此，研制出适合半主动悬架控制的控制系统和可调阻尼减振器，对推进我国半主动悬架技术的进步具有十分重要的意义。

半主动悬架系统与车辆性能的协调研究

件通用化程度，选择合适的被动减振器进行改进设计是非常必要的，本课题选用Ｎ儿３０减振器作为被改进的被动减振器。该减振器由南京五一机械厂一分厂制造。其外形实物如图２．１所示。

图２．１Ｎｕｌ３０减振器实物图（照片）

理论上讲，阻尼力是流体流经减振器中各个孔口、缝隙时产生的，在工程计算中将减振器工作缸上、下腔之间的压差作用在活塞上从而形成减振器的阻尼力。图２．２是减振器的工作示意图，（ａ）是拉伸行程示意图，（ｂ）是压缩行程示意图。活塞和底阀座将减振器的储液部分分为如图所示的三个腔Ｉ、ＩＩ和ＩⅡ；ｌ、２、３和４分别表示流通阀、压缩阀、拉伸阀和补偿阀。在图（ａ）中，油液通过阀３和４从腔Ｉ和Ⅲ流入腔Ｕ，产生拉伸阻尼力，在图（ｂ）中，油液通过阀ｌ和２从腔ＩＩ流入腔Ｉ和Ⅲ，从而产生压缩阻尼力。

（ａ）被动减振器拉伸行程的工作原理（ｂ）被动减振器压缩行程工作原理

圈２．２被动减振器工作原理示意图

２．２ＮＪｌ３０减振器的改进

本研究得到了江苏省自然科学基金和江苏省镇江市科技基金资助，与江苏省金猴机械厂联合对ＮＪｌ３０减振器进行改进设计，并加工试制，经改进后的可调阻尼减振器工作原理如图２．３所示，它是在图２．２的基础上，增加了节流口，油液除了可以在阀ｌ、２、３和４中流经之外，还可以从节流口通过，因为增加了油液流经的绝对面积，阻尼与原被动减振器相比只能变小，而不能变大，考虑到本

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江苏大学硕士喾位论文

文旨在验证改避方案靛胃行毪；ｆ瑟建立可调疆怒减振器豹动态特性模墅，没寄对这一问题进｛亍较为深入地磷究。

（ａ）可调阻尼减振器拉伸行程示意圈（ｂ）可调阻尼减振器压缩行程示意图

墅２．３可调阻尼减搬器工ｌ乍原蠼示意图

在对叁醅１３Ｇ减擞器改进设计著遴行经验分据熬基础上，试刳了试验用连续霹调阻尼减掇器，实物如图２。４所示，该可调阻尼减振器保留大部分ＮＪｌ３０减振器的零件，降低了设计可调阻尼减振器技术难度，减少了设计和试制的工作量，节约了加工成本。

鹜２．４试验翅霹调阻怒减掇器实甥匿（爨冀）

连续可调陬尼减振器结构如图２．５所示，考虑到结构相对复杂，为了突出设计的关键部分，将冀迸穹予了局部放大，箍中标出了凡个相对重要豹零｛串。

半主动悬装系统每枣辆蛙巍媳协诵磅究

图２．６步进电机及其控制模块密物图

步进电机搿蚨壹接接收数字信号，不必进行数摸转换，它还具骞快速痘箨、精确步迸和定位等特点，非常适于减振器的调节。这薰采用ｊＥ京辩达特梳电萃萼彼发展有限公司生产的５５８Ｆ３４０Ｅ步进电机，其配套的电路板内含驱动电路和控制电路，因此Ｗ从单片机蛊按输出信号进行控制，控制和驱动电路如图２。７。

匿２．７步避电机驱动机构

２．４试验步骤

试验步骤如下：

ａ．将被试减振器温度调整到２０±２度；

ｂ。海援试猿振爨安装母试验金上，弗检查减振器是否是铅直安装｛

ｃ．将试验台预热；

ｄ．调熬试验台的作动器，使开始试验的位置为被试减振器的中间位置；

ｅ．设置试验的参数：

￡试验，势记录数撂。

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图２．ｇ可谖减搬爨套架试验（照冀＞

试验在上海汇众汽车有限公司进行，必姆可调阻尼减搬器的阻爆分成六级，以ｌ、ｌ｜、溅、Ⅳ、Ｖ鄹礤表示，分别我淡霹调隧尼撼振器豹步遴电楗转过Ｏ度、ｌｅ瘦、２０发、３０疫、４０凌耪鞠发，溪蠲歪弦波佟为输入，簸大速凌分裂是Ｏ．１３ｌ坍，ｓ、Ｏ，２６２掰，ｓ、Ｏ．３９３埘，ｓ糯Ｏ．５２４拂，ｓ。

２，５试验结果

２。５。１被动减搬器试验缩果

逛潮２．９莓渡看是，该减摄器承凌烫德瀵，孚潼，是会揍鹃减豢器，在每个示功墨上取蹬最大逮度和最，ｊ、速度辩豹速度和减强力，褥羁豹数据辩翔表２．１所示。

应用最小二乘法进行数据拟合（以下数据拟合均采用此种方法），如图２．１０：拉伸阻尼近似为３．０肼．ｓ，ｍ，雁缩阻尼ｊ厦似为１．２剧．５，州。