汽車懸架技術(shù)的發(fā)展歷程

汽車懸架技術(shù)的發(fā)展歷程

隨著人們生活水平的提高，他們對(duì)社會(huì)事務(wù)和工作提出了新的要求。尤其是近年來服務(wù)行業(yè)的大力發(fā)展,人們外出旅游次數(shù)愈加頻繁,對(duì)出行工具汽車的舒適性、安全性等提出了新要求。而與汽車各種性能密切相關(guān)的懸架技術(shù)也逐步為人們所認(rèn)知,并得到極大的重視。傳統(tǒng)的汽車懸架技術(shù)主要是被動(dòng)式的,這就使得汽車在行駛的過程中不能靈活的感受路面的實(shí)際狀況,及時(shí)調(diào)整車速以及載荷,存在極大的安全隱患。這種傳統(tǒng)的懸架技術(shù)從一定程度上限制了汽車懸架系統(tǒng)的縱深化發(fā)展。并且隨著科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展,這種類型的懸架系統(tǒng)已經(jīng)不再適應(yīng)人們對(duì)汽車性能的需要。因此,對(duì)汽車懸架技術(shù)進(jìn)行更深層次的探索、研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1、可控元件設(shè)計(jì)汽車懸架是連接汽車車身和車輪的總體傳力連接裝置,通常由彈性元件、減震裝置以及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等三模塊構(gòu)成。汽車懸架類型主要有主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架兩種,主動(dòng)懸架實(shí)質(zhì)上是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),其功能作用主要是進(jìn)行減震裝置,根據(jù)其所用的可控元件,可以將主動(dòng)懸架分為全主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。被動(dòng)懸架有彈性元件和阻尼元件構(gòu)成,這種懸架比較傳統(tǒng),不夠靈活,不能夠根據(jù)汽車本身的運(yùn)行狀況和外界激勵(lì)條件的變化而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。被動(dòng)懸架由于其性能上的局限性,使得其使用范圍狹窄,并將逐步被社會(huì)淘汰。此外,全主動(dòng)懸架主要由車身質(zhì)量、彈簧、力發(fā)生器以及車輪構(gòu)成,其具有低擾度、低固有頻率、動(dòng)力學(xué)特性固定以及對(duì)激勵(lì)能夠做出快速反應(yīng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車的制造。而半主動(dòng)懸架主要是由車身質(zhì)量、彈簧、可調(diào)減震器以及車輪組成,所采用的是開環(huán)控制形式,能夠根據(jù)路面狀況及車輛的運(yùn)行狀態(tài)選擇最優(yōu)的參數(shù)對(duì)汽車的懸架進(jìn)行控制。并且其能耗小,構(gòu)造簡(jiǎn)單,減震效果良好,使用得也比較廣泛。2、線性最優(yōu)控制以及最優(yōu)預(yù)報(bào)控制汽車懸架的控制策略主要是針對(duì)主動(dòng)懸架進(jìn)行的,因被動(dòng)懸架自身功能性能的局限,使得其逐漸退出汽車制造生產(chǎn)領(lǐng)域。主動(dòng)懸架的控制方法主要有自適應(yīng)控制法、空鉤控制法以及最優(yōu)控制法。其中,最優(yōu)控制法對(duì)懸架系統(tǒng)的平順性、穩(wěn)定性、車身加速度、動(dòng)載荷、能量消耗以及動(dòng)撓度等進(jìn)行了綜合考慮,使汽車懸架系統(tǒng)能夠獲得最優(yōu)的綜合性能指標(biāo)。線性最優(yōu)控制H￥最優(yōu)控制以及最優(yōu)預(yù)報(bào)控制都是使用得比較普遍的控制方法,由于H￥最優(yōu)控制具有較強(qiáng)的魯棒性,因此可以對(duì)車身質(zhì)量、輪胎剛度以及減震器阻尼系數(shù)進(jìn)行不確定誤差。而最優(yōu)預(yù)報(bào)控制主要是將路面的干擾進(jìn)行輸入,并將所測(cè)量的狀態(tài)變量反饋給控制器。線性最優(yōu)控制是以理想模型為建立基礎(chǔ)的,將線性二次高斯型控制理論用于車輛懸架系統(tǒng)。自適應(yīng)控制所采用的算法是LMS,其能夠根據(jù)車輛的實(shí)際運(yùn)行情況而做出相應(yīng)的反應(yīng),提升汽車懸架對(duì)路面激勵(lì)變化的適應(yīng)能力。由于自適應(yīng)控制能夠最大限度的進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,因此其被廣泛應(yīng)用于汽車懸架制造的聲音和振動(dòng)領(lǐng)域?？浙^控制是通過利用執(zhí)行器與車身振動(dòng)絕對(duì)速度比之間的控制力來達(dá)到減輕車身振動(dòng)的目的,由于其算法簡(jiǎn)單、效果明顯、適應(yīng)性強(qiáng),已經(jīng)被作為了主要的主動(dòng)懸架控制方法。3、模糊控制于汽車懸架汽車懸架控制技術(shù)中的主動(dòng)懸架控制技術(shù)最早使用的控制方法是天棚阻尼器控制,因其控制算法簡(jiǎn)單,天棚阻尼器控制法剛面世,就被廣泛的應(yīng)用于汽車主動(dòng)懸架控制技術(shù)中。隨著控制理論的現(xiàn)代化發(fā)展,出現(xiàn)了隨機(jī)最優(yōu)的主動(dòng)懸架控制方法,此種方法所涵蓋的內(nèi)容與原理與上述汽車懸架控制策略類似,筆者就不再贅言了。隨著近些年來的發(fā)展,汽車懸架控制技術(shù)邁入了新的發(fā)展軌跡。模糊理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了汽車結(jié)構(gòu)和參數(shù)辨識(shí)功能的進(jìn)一步發(fā)展?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代信息通訊技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的縱深向發(fā)展為汽車懸架技術(shù)智能化控制提供了可能。并且在90年代時(shí),模糊控制方法就已經(jīng)被應(yīng)用于了汽車懸架控制研究中。由于此控制方法能夠?qū)斎氲淖兞窟M(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)、組合,對(duì)隸屬函數(shù)的參數(shù)以及模糊規(guī)則數(shù)目進(jìn)行功能學(xué)習(xí),其仿真效果也比常規(guī)方法要好很多。因此,此控制方法得到了汽車科研人員和汽車制造廠商的高度重視。由于智能化控制方法在整個(gè)汽車懸架控制技術(shù)中還是屬于比較新興的技術(shù)方法,其在汽車懸架控制中的使用時(shí)間還比較短,其計(jì)算方法也還有待完善。所以,當(dāng)前社會(huì)中汽車懸架智能控制技術(shù)還處于初始階段,并沒有得到廣泛的應(yīng)用。但這并不影響汽車懸架智能化控制技術(shù)對(duì)汽車懸架控制技術(shù)發(fā)展方向的引領(lǐng)。4、汽車懸架系統(tǒng)的分析在分析探索了汽車懸架技術(shù)分類、控制策略及其技術(shù)發(fā)展歷程之后,發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)容都是建立在汽車懸架系統(tǒng)完好的基礎(chǔ)之上而進(jìn)行分析的。對(duì)汽車懸架技術(shù)的研究,離不開對(duì)各種類模型的研究構(gòu)建,筆者主要是對(duì)汽車懸架技術(shù)系統(tǒng)主動(dòng)懸架中的被動(dòng)容錯(cuò)控制和主動(dòng)容錯(cuò)控制進(jìn)行模型的構(gòu)建和研究,以促進(jìn)我國汽車懸架技術(shù)的發(fā)展。4.1不確定性結(jié)構(gòu)建模汽車相關(guān)彈性元件的疲勞程度、減震器液粘性對(duì)阻尼元件的影響程度等都會(huì)對(duì)汽車主動(dòng)懸架中的相應(yīng)參數(shù)產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響汽車懸架系統(tǒng)中傳感器的功能作用。文章主要主要是通過H此三公式即為H參數(shù)攝動(dòng)懸架模型的建立主要是根據(jù)汽車在實(shí)際的行駛過程中,隨著行駛里程的增加,其彈簧性能、減震器液壓油及其粘度、阻尼系數(shù)以及汽車主動(dòng)懸架剛度等都會(huì)發(fā)生變化。這就會(huì)使得汽車的主動(dòng)懸架系數(shù)呈現(xiàn)出以下的不確定性結(jié)構(gòu):在這一結(jié)構(gòu)體系中,Δ系的相關(guān)符號(hào)表示指的是參數(shù)攝動(dòng)對(duì)汽車主動(dòng)懸架所帶來的不確定量,而其他的則為適量矩陣或者是有界矩陣函數(shù)。對(duì)此不確定性結(jié)構(gòu)進(jìn)行汽車主動(dòng)懸架作動(dòng)器進(jìn)行故障開關(guān)矩陣建模運(yùn)算,便可得到參數(shù)攝動(dòng)的故障懸架系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。如下所示:對(duì)汽車主動(dòng)懸架被動(dòng)容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)研究需要事先將作動(dòng)器故障和懸架系統(tǒng)參數(shù)的攝動(dòng)情況進(jìn)行考慮,這樣才能夠達(dá)到預(yù)期效果。在參數(shù)攝動(dòng)故障模型建立之后,設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)反饋魯棒容錯(cuò)控制器,將故障閉環(huán)系統(tǒng)和參數(shù)攝動(dòng)中的故障懸架系統(tǒng)式用于適量矩陣進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)汽車主動(dòng)懸架的魯棒容錯(cuò)控制。4.2主動(dòng)懸架七自由度整車模型的輸出反饋h控制對(duì)汽車主動(dòng)懸架中的主動(dòng)容錯(cuò)控制技術(shù)研究主要是建立在傳感器信號(hào)重構(gòu)和控制率重組的基礎(chǔ)之上的。在對(duì)汽車懸架進(jìn)行被動(dòng)容錯(cuò)控制時(shí),已經(jīng)對(duì)懸架剛度和阻尼系數(shù)進(jìn)行了參數(shù)攝動(dòng),并取得了不錯(cuò)的容錯(cuò)效果。但是,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展,人們認(rèn)為比較保守的被動(dòng)容錯(cuò)控制對(duì)未進(jìn)行事先考慮的元件的容錯(cuò)控制無法發(fā)揮最佳作用。因此,需要對(duì)汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的主動(dòng)容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行傳感器和控制率故障方面的研究。輸出反饋是進(jìn)行汽車主動(dòng)懸架容錯(cuò)控制的常用方法,還是以主動(dòng)懸架七自由度整車模型為例,將其控制輸出參數(shù)進(jìn)行選擇和評(píng)價(jià),并對(duì)其進(jìn)行量測(cè)輸出。主動(dòng)懸架七自由度整車系統(tǒng)狀態(tài)空間模型為:依據(jù)此模型,對(duì)其進(jìn)行H￥相關(guān)原理的適量矩陣計(jì)算,并將現(xiàn)代控制理論中的傳遞函數(shù)矩陣用于輸出反饋H￥控制器的控制率,以實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)系數(shù)指標(biāo)的控制調(diào)試,輸出控制效果良好的H￥控制器。當(dāng)前,汽車懸架技術(shù)控制系統(tǒng)中的傳感器主要是自適應(yīng)觀測(cè)器傳感器,根據(jù)相關(guān)的模型所建立傳感器信號(hào)重構(gòu)的主動(dòng)容錯(cuò)控制。能夠有效的保證汽車在行駛的過程中,量測(cè)輸出傳感器所發(fā)生的相應(yīng)故障,并對(duì)其進(jìn)行估值計(jì)算,然后對(duì)故障懸架量測(cè)輸出傳感器的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu),輸入反饋控制器,實(shí)現(xiàn)故障懸架主動(dòng)容錯(cuò)控制。而控制律重組的汽車主動(dòng)懸架控制主要是針對(duì)路面干擾情況,其作用點(diǎn)是對(duì)作動(dòng)器故障進(jìn)行故障懸架的主動(dòng)容錯(cuò)控制,并對(duì)相關(guān)的故障進(jìn)行檢測(cè)、診斷以及控制設(shè)計(jì)。對(duì)汽車懸架技術(shù)系統(tǒng)中主動(dòng)懸架中的被動(dòng)容錯(cuò)控制器和主動(dòng)容錯(cuò)控制器進(jìn)行分析研究,能夠有效對(duì)汽車的懸架剛度、參數(shù)攝動(dòng)、作動(dòng)器故障、彈簧以及阻尼系數(shù)等故障進(jìn)行良好的把控。這對(duì)提升汽車主動(dòng)懸架控制的品質(zhì)和可靠性具有重要意義。5、