電控懸架系統(tǒng)

按傳力介質的不同，電控懸架系統(tǒng)可分為氣壓式電控懸架和油壓式電控懸架兩種。

按控制理論不同，電控懸架系統(tǒng)可分為半主動式、主動式兩大類。其中半主動式又分為有級半主動式(阻尼力有級可調(diào))和無級半主動式(阻尼力連續(xù)可調(diào))兩種；主動式懸架根據(jù)頻帶和能量消耗的不同，分為全主動式(頻帶寬大于15Hz)和慢全主動式(頻帶寬3～6Hz)；而根據(jù)驅動機構和介質的不同，可分為電磁閥驅動的油氣主動式懸架和由步進電動機驅動的空氣主動式懸架。

無級半主動懸架可以根據(jù)路面的行駛狀態(tài)和車身的響應對懸架阻尼力進行控制，并在幾毫秒內(nèi)由最小變化到最大，使車身的振動響應始終被控制在某個范圍內(nèi)。但在轉向、起步、制動等工況時不能對阻尼力實施有效的控制。它比全主動式懸架優(yōu)越的地方是不需要外加動力源，消耗的能量很小，成本較低。

主動式懸架是一種能供給和控制動力源(油壓、空氣壓)的裝置。根據(jù)各種傳感器檢測到的汽車載荷、路面狀況、行駛速度、起動、制動、轉向等狀況的變化，自動調(diào)整懸架的剛度、阻尼力以及車身高度等。它能顯著提高汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性，但是成本較高，能耗也較大。

雖然現(xiàn)代汽車電控懸架系統(tǒng)的結構形式和控制方法多種多樣，但它們的基本原理卻是相同的。

電子控制懸架系統(tǒng)由傳感器與開關、控制單元、執(zhí)行元件等電子器件組成。傳感器和開關將路面輸入的模擬信號轉換為數(shù)字信號傳送給控制單元ECU,控制單元ECU將傳感器輸入的電信號進行分析處理后輸出控制信號給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件的機械動作改變減振器的阻尼系數(shù)，調(diào)整彈簧的高度和剛度。

電控懸架系統(tǒng)能夠根據(jù)車身高度、車速、轉向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元（ECU）控制懸架執(zhí)行機構，使懸架系統(tǒng)的剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數(shù)得以改變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性以及通過性。電控懸架系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是它能使懸架隨不同的路況和行駛狀態(tài)做出不同的反應。

電子控制懸架系統(tǒng)的基本目的是通過控制調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼力，突破傳統(tǒng)被動懸架的局限性，使汽車的懸架特性與道路狀況和行駛狀態(tài)相適應，從而保證汽車行駛的平順性和操縱的穩(wěn)定性要求都能得到滿足。其基本功能有：

電控懸架系統(tǒng)車高調(diào)整

無論車輛的負載多少，都可以保持汽車高度一定，車身保持水平，從而使前照燈光束方向保持不變；當汽車在壞路面上行駛時，可以使車高升高，防止車橋與路面相碰，提高通過性；當汽車高速行駛時，又可以使車高降低，以便減少空氣阻力，提高操縱穩(wěn)定性。

電控懸架系統(tǒng)減振器阻尼力控制

通過對減振器阻尼系數(shù)的調(diào)整，防止汽車急速起步或急加速時“后蹲”；防止緊急制動時的“點頭”；防止汽車急轉彎時車身橫向搖動；防止汽車換檔時車身縱向搖動等，提高行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。

電控懸架系統(tǒng)彈簧剛度控制

與減振器一樣在各種工況下，通過對彈簧彈性系數(shù)的調(diào)整，來改善汽車的乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性。

有些車型只具有其中的一個或兩個功能，而有些車型同時具有以上三個功能。

電控懸架主要包含執(zhí)行機構和控制策略兩大部分。由于執(zhí)行機構完全按照控制策略的要求來輸出主動力，因此電控懸架設計的關鍵， 就是選取能夠為車輛提供良好性能的控制策略。不同的控制策略，將會導致不同的懸架特性和減振效果。

電控懸架系統(tǒng)最優(yōu)控制

20世紀60年代，線性最優(yōu)控制理論已被應用于車輛懸架系統(tǒng)的研究中。線性二次型調(diào)節(jié)器控制理論（簡稱 LQR）和線性二次高斯型控制理論（簡稱LQG）是主動懸架設計人員常用的方法。理論上講， LQR和 LQG 主動懸架大幅度地改善了車輛的性能，且具有較大的穩(wěn)定裕量。但主動懸架對模型攝動時基本不具備魯棒性，在激勵頻率大于60Hz時，系統(tǒng)極易變得不穩(wěn)定。因此線性最優(yōu)控制具有以下不足之處：①采用線性最優(yōu)控制理論來設計主動懸架時，需要有一個明確的目標函數(shù)；②最優(yōu)控制理論很難處理好頻域內(nèi)的減振問題，難以使車輛兼具良好的時域和頻域性能；③沒有考慮模型的不確定性，只是在平均意義上對隨機白噪聲擾動進行了抑制。因此當模型存在攝動時， 線性最優(yōu)控制基本不具有魯棒性。

電控懸架系統(tǒng)預瞄控制

主動懸架的預瞄控制能夠根據(jù)車輛目前的行駛狀態(tài)和未來干擾等因素來提前給出調(diào)節(jié)作用，使懸架系統(tǒng)最有效地抵消外部干擾所引起的振動。預瞄控制的實現(xiàn)方法有兩類，一類是將前輪懸架的狀態(tài)信息反饋給后輪懸架，另一類是通過測量車輪前方道路來獲得實時的路況信息，并將此信息作為主動懸架設計的重要依據(jù)。預瞄控制的不足之處主要有：①預瞄控制是在假定懸架系統(tǒng)是線性時不變系統(tǒng)的情況下制定的，并沒有對車輛參數(shù)的時變性加以研究；②預瞄控制要求車輛裝備特制的預瞄傳感器，雖然在技術上是可行的，但考慮到實車的制造成本、車輛工作環(huán)境對傳感器使用壽命的影響等實際問題，要將預瞄控制應用于實際還有很多問題有待解決。

電控懸架系統(tǒng)自適應控制

自適應控制是一種實時調(diào)節(jié)控制器的方法，其研究對象是具有一定不確定性的系統(tǒng)。這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機因素。在懸架控制系統(tǒng)的設計中，自適應控制能自動監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)的變化，并實時地調(diào)節(jié)控制策略，從而使系統(tǒng)具有良好的性能。目前，比較完善的自適應理論有模型參考自適應控制和自校正控制。前者可對控制器的參數(shù)進行直接更新，而后者是采用參數(shù)估計的方式間接地對控制器進行更新。但是自適應控制僅適合于懸架參數(shù)在某一特定范圍內(nèi)緩慢變化的情況。當系統(tǒng)參數(shù)的變化超出特定的范圍時， 系統(tǒng)的控制效果將會變差。

電控懸架系統(tǒng)模糊控制

由人作為控制器的控制系統(tǒng)是典型的智能控制系統(tǒng)，其中包含了人的高級智能活動。模糊控制在一定程度上模仿了人的控制，其控制特點是：①不需要準確的數(shù)學模型；②將大量的控制經(jīng)驗和知識作為控制的主要依據(jù)。考慮到懸架系統(tǒng)本身的非線性和所處環(huán)境的復雜性等因素，懸架系統(tǒng)可采用模糊控制策略來獲得滿意的控制效果。然而模糊控制規(guī)則的完整性、模糊子集的定義、隸屬度函數(shù)的確定、模糊推理機制等因素都會對模糊控制器的性能產(chǎn)生影響，而這些因素大都依賴于專家的經(jīng)驗。而在很多情況下，專家經(jīng)驗并不完備，有時是相互矛盾的，甚至根本沒有專家的經(jīng)驗可以利用，這大大增加了模糊控制器設計的難度。為了使模糊控制器具有良好的自適應性和魯棒性，許多專家致力于模糊控制器自動設計的研究。

電控懸架系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡控制

人工神經(jīng)網(wǎng)絡是在現(xiàn)代生物學研究人腦組織所取得成果的基礎上，將大量簡單的處理單元廣泛連結組成的復雜網(wǎng)絡，可用來模擬人的直觀性思維模式。神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)作為一個新興的領域，已經(jīng)引起了控制界的興趣，許多學者將其應用在了主動懸架控制中。學習是神經(jīng)網(wǎng)絡研究的一個重要內(nèi)容，它的適應性是通過學習實現(xiàn)的。然而神經(jīng)網(wǎng)絡學習速度較慢，不適合應用在實時控制中；此外，如何獲取神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練樣本和改進訓練策略等問題還有待于進一步研究和解決。

在上述控制方法外，還有一些其它的方法，比如滑?？刂?、免疫進化控制等。無論采用何種控制方法，車輛的性能均有不同程度的改善。在研究和開發(fā)中，結合實際車輛的工況，設計簡單有效、實用的控制方法是車輛主動懸架研究工作的主要目標。