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本書主要圍繞汽車振動控制、主動懸架理論與技術(shù)展開，對汽車主動懸架國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，研究建立汽車懸架系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和鍵合圖模型，設(shè)計基于EHA汽車主動懸架的天棚控制器、地棚控制器、LQR*優(yōu)控制器、模糊控制器、參數(shù)自調(diào)整模糊控制器，并利用MATLAB工具箱對其進(jìn)行仿真分析；在研制EHA汽車主動懸架物理樣機(jī)及試驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對EHA汽車主動懸架的時滯影響及補(bǔ)償試驗(yàn)研究，并進(jìn)行基于EHA主動懸架的整車控制仿真研究分析。

振動控制是振動工程領(lǐng)域內(nèi)的一個重要分支，是振動研究的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。從廣義上來講，振動控制包括兩個方面的內(nèi)容：一方面是振動的利用，如振動能量的回收；另一方面是振動的抑制，盡量減少有害的振動，因?yàn)檎駝訒s短產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)的壽命，使人易于疲勞，使儀器易于失靈。振動控制的任務(wù)就是通過一定的手段使受控對象的振動水平滿足人們的預(yù)定要求。這里的受控對象是各類產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的統(tǒng)稱。按是否需要能源區(qū)分，振動控制分為無源控制和有源控制，前者又稱為被動控制，后者又稱為主動控制。振動主動控制是主動控制技術(shù)在振動領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要應(yīng)用，包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制裝置中的控制律是預(yù)先按規(guī)定的要求設(shè)置好的，與受控對象的振動狀態(tài)無關(guān)；而閉環(huán)控制中的控制器是按受控對象的振動狀態(tài)為反饋信息而工作的。閉環(huán)控制后者是目前應(yīng)用較為廣泛的控制。本書內(nèi)容主要針對振動主動控制在汽車工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用汽車懸架控制技術(shù)展開。懸架是位于車架〔或車身)與車軸〔或車輪)之間緩和并衰減由地面引起的沖擊和振動，同時傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的各種力和力矩的裝置的總稱，是現(xiàn)代汽車中的重要組成部分。傳統(tǒng)的汽車懸架是基于經(jīng)典的隔振理論，根據(jù)汽車的綜合性能要求，針對特定的路面狀況和汽車運(yùn)行狀況而設(shè)計的，系統(tǒng)振動特性固定不變，這就限制了汽車性能的進(jìn)一步提高。隨著傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)和先進(jìn)的執(zhí)行器技術(shù)的飛速發(fā)展，可控懸架（或稱智能懸架）在汽車上的應(yīng)用成為了可能。對懸架系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，使懸架系統(tǒng)能根據(jù)不同的行駛工況而具有不同的性能，可以從根本上解決傳統(tǒng)被動懸架平順性和操縱穩(wěn)定性之間的矛盾。可控懸架根據(jù)是否提供動力源及調(diào)節(jié)對象的不同又可分為主動懸架和半主動懸架。主動懸架能夠同時調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)的剛度、阻尼及車身高度等，獲得*佳的懸架動態(tài)性能；半主動懸架只能改變懸架系統(tǒng)的剛度或阻尼。主動懸架控制效果*好，能極大地提高車輛的平順性和安全性，但耗能相對較大，成本較高；半主動懸架兼具被動懸架和主動懸架的特點(diǎn)，阻尼可以在一定的范圍內(nèi)變化，改善了車輛的行駛性能，控制相對簡單，成本比主動懸架低，而且能耗小，可靠性高，設(shè)計簡單易行。當(dāng)車輛行駛在不平的路面上時，由路面顛簸、車輛加速、車輛減速、車輛制動、車輛轉(zhuǎn)向等引起的垂直運(yùn)動、俯仰運(yùn)動、側(cè)傾運(yùn)動、橫擺運(yùn)動激勵產(chǎn)生的振動能量一直未被充分利用，而通常主要由懸架減振器將其轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。解決車輛主動懸架的高能耗問題迫在眉睫, 而振動能量回饋是降低能耗和減少使用成本的一個重要手段，饋能式主動懸架是必然的選擇。自2006年以來，本研究團(tuán)隊(duì)探索了多種不同類型的主動懸架、半主動懸架的結(jié)構(gòu)和控制策略，同時對懸架振動能量回收進(jìn)行了深入的研究，具體包括電動靜液壓主動懸架、直線電機(jī)式主動懸架、磁流變半主動懸架、滾珠絲杠式半主動懸架等，在可控懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與理論、主動和半主動控制策略、能量回收電路、能量管理策略等方面都取得了一定的研究成果。本書部分研究內(nèi)容得到了國家自然科學(xué)基金車輛電動靜液壓自供能量式主動懸架工作機(jī)理與協(xié)調(diào)控制研究（51275403）和車輛電磁直線式自供能混合主動懸架工作機(jī)理與協(xié)調(diào)控制研究（51775426）的資助。在本書的編寫過程中，編者參閱了國內(nèi)外許多的著作、論文和研究報告，特在此對其作者表示衷心的感謝。本書的編寫、整理與出版，包含著我們研究團(tuán)隊(duì)中所有人的辛勤付出，在這里特別感謝碩士劉攀、陳龍、張冬冬、范養(yǎng)強(qiáng)、曾憲梓、任全、梁津、杜嘉峰、王哲、方濤、李冬、李立博、魏冬冬、田蕾、陳晨、李陽康、孫凱、何凌蘭、郝帥帥、杜曼，以及在讀博士研究生許家楠、張新乾，在讀碩士研究生郭楊娟、李孟欣、賀嘉杰、高建、劉朋濤、王甜甜、武大鵬、武江浩、張宏、鄭文博等對本書出版做出的貢獻(xiàn)。由于作者水平有限，書中難免有不妥之處，敬請讀者批評指正。

1 緒論1

1.1 車輛懸架研究背景1

1.2 車輛智能懸架的類型2

1.2.1 半主動懸架3

1.2.2 主動懸架5

1.3 智能懸架國內(nèi)外研究現(xiàn)狀6

1.3.1 半主動懸架研究現(xiàn)狀6

1.3.2 主動懸架研究現(xiàn)狀8

1.3.3 控制策略研究現(xiàn)狀10

1.3.4 能量回收研究現(xiàn)狀13

1.4 車輛懸架控制策略簡介16

2 車輛懸架動力學(xué)建模與路面模型19

2.1 引言19

2.2 不平路面輸入模型19

2.2.1 階躍路面輸入模型19

2.2.2 正弦路面輸入模型20

2.2.3 隨機(jī)路面輸入模型20

2.3 車輛懸架系統(tǒng)動力學(xué)模型22

2.3.1 模型簡化22

2.3.2 1/4汽車二自由度懸架動力學(xué)模型24

2.3.3 1/2汽車四自由度懸架動力學(xué)模型26

2.3.4 整車七自由度懸架動力學(xué)模型27

2.4 本章小結(jié)29

3 車輛電動靜液壓主動懸架動力學(xué)建模及參數(shù)優(yōu)化30

3.1 引言30

3.2 電動靜液壓主動懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理30

3.3 電動靜液壓作動器的數(shù)學(xué)模型31

3.3.1 主動控制模式下電動靜液壓作動器的數(shù)學(xué)模型31

3.3.2 隨動饋能模式下電動靜液壓作動器的數(shù)學(xué)模型35

3.4 電動靜液壓作動器參數(shù)的優(yōu)化37

3.4.1 參數(shù)敏感性分析37

3.4.2 優(yōu)化目標(biāo)及約束條件37

3.4.3 優(yōu)化結(jié)果分析38

3.5 本章小結(jié)39

4 車輛電動靜液壓主動懸架協(xié)調(diào)切換控制40

4.1 引言40

4.2 主動懸架分層協(xié)調(diào)切換控制40

4.2.1 分層協(xié)調(diào)切換控制器設(shè)計40

4.2.2 主動懸架能量平衡條件功率流分析42

4.2.3 主動懸架能量平衡條件42

4.2.4 分層協(xié)調(diào)切換控制仿真分析42

4.2.5 結(jié)果分析45

4.3 電動靜液壓主動懸架力跟蹤控制策略46

4.3.1 力跟蹤控制方案46

4.3.2 力跟蹤控制主環(huán)47

4.3.3 力跟蹤控制內(nèi)環(huán)48

4.3.4 力跟蹤控制仿真51

4.4 電動靜液壓主動懸架雙滑模控制策略55

4.4.1 雙滑�？刂品桨冈O(shè)計55

4.4.2 主動模式下雙滑�？刂品桨�56

4.4.3 雙滑模控制仿真分析60

4.4.4 失效模式下狀態(tài)估計與切換控制策略65

4.4.5 失效模式下仿真分析69

4.5 本章小結(jié)74

5 車輛電動靜液壓主動懸架時滯補(bǔ)償控制76

5.1 引言76

5.2 電動靜液壓主動懸架時滯產(chǎn)生機(jī)理76

5.3 控制時滯問題解決的策略77

5.3.1 減小時滯77

5.3.2 時滯補(bǔ)償策略77

5.4 考慮時滯的電動靜液壓主動懸架模型建立79

5.4.1 考慮時滯的二自由度主動懸架模型建立79

5.4.2 電動靜液壓作動器動態(tài)模型建立80

5.5 電動靜液壓主動懸架時滯特性分析82

5.5.1 時滯對電動靜液壓主動懸架穩(wěn)定性的影響82

5.5.2 時滯對電動靜液壓主動懸架動態(tài)性能的影響84

5.6 電動靜液壓作動器的內(nèi)模PID控制86

5.6.1 內(nèi)�？刂圃�86

5.6.2 內(nèi)�？刂破髟O(shè)計87

5.6.3 內(nèi)模控制的PID控制形式轉(zhuǎn)化89

5.6.4 內(nèi)模PID控制仿真91

5.7 本章小結(jié)95

6 車輛磁流變半主動懸架控制96

6.1 引言96

6.2 磁流變液的組成與特性96

6.2.1 磁流變液的組成及特點(diǎn)96

6.2.2 磁流變效應(yīng)97

6.2.3 磁流變液的動態(tài)本構(gòu)特性98

6.3 磁流變減振器的工作模式與結(jié)構(gòu)原理100

6.3.1 磁流變減振器的工作模式100

6.3.2 磁流變減振器的結(jié)構(gòu)原理101

6.3.3 饋能式磁流變減振器的結(jié)構(gòu)原理102

6.4 磁流變減振器的力學(xué)模型103

6.4.1 改進(jìn)型磁流變減振器多項(xiàng)式模型104

6.4.2 模型參數(shù)辨識107

6.5 磁流變半主動懸架控制仿真109

6.5.1 磁流變半主動懸架模糊控制仿真109

6.5.2 磁流變半主動懸架混合天棚控制仿真114

6.6 本章小結(jié)123

7 車輛滾珠絲杠式半主動懸架控制124

7.1 引言124

7.2 滾珠絲杠式半主動懸架原理與參數(shù)分析124

7.2.1 滾珠絲杠式半主動懸架結(jié)構(gòu)原理124

7.2.2 滾珠絲杠作動器的結(jié)構(gòu)與工作原理125

7.3 滾珠絲杠作動器動力學(xué)建模131

7.3.1 并聯(lián)式滾珠絲杠作動器動力學(xué)模型131

7.3.2 等比傳動滾珠絲杠作動器動力學(xué)模型133

7.4 滾珠絲杠半主動懸架仿真分析136

7.4.1 并聯(lián)式滾珠絲杠式半主動懸架仿真分析136

7.4.2 并聯(lián)式滾珠絲杠半主動懸架控制仿真140

7.4.3 等比傳動滾珠絲杠式半主動懸架仿真分析143

7.5 本章小結(jié)148

8 車輛直線電機(jī)式主動懸架控制149

8.1 引言149

8.2 作動器有限元分析149

8.2.1 作動器的工作原理149

8.2.2 作動器有限元建模152

8.2.3 作動器同步速度對電磁力的影響152

8.2.4 拉伸長度對電磁力的影響153

8.2.5 齒槽開口系數(shù)對電磁力的影響153

8.2.6 輸入電壓對作動器響應(yīng)特性的影響155

8.3 作動器動力學(xué)模態(tài)分析156

8.3.1 作動器模態(tài)分析理論基礎(chǔ)156

8.3.2 非線性接觸剛度理論157

8.3.3 作動器主體結(jié)構(gòu)建模159

8.3.4 作動器模態(tài)振型圖159

8.3.5 不同F(xiàn)KN值對作動器模態(tài)頻率的影響161

8.3.6 不同F(xiàn)KN值對形變位移的影響162

8.3.7 不同運(yùn)行速度對模態(tài)頻率的影響162

8.4 直線電機(jī)式主動懸架控制策略仿真163

8.4.1 直線電機(jī)式主動懸架的工作原理163

8.4.2 直線電機(jī)動力學(xué)建模163

8.4.3 直線電機(jī)控制165

8.4.4 主動懸架控制策略170

8.4.5 控制系統(tǒng)仿真分析173

8.5 本章小結(jié)177

9 車輛懸架振動能量回收179

9.1 引言179

9.2 能量回收可行性分析179

9.3 饋能式磁流變半主動懸架能量回收分析與試驗(yàn)181

9.3.1 饋能效率分析181

9.3.2 能量回收方案184

9.3.3 饋能回收電路設(shè)計185

9.3.4 饋能式磁流變半主動懸架能量回收試驗(yàn)190

9.4 并聯(lián)式滾珠絲杠式半主動懸架能量管理系統(tǒng)分析和試驗(yàn)191

9.4.1 能量管理策略191

9.4.2 能量管理系統(tǒng)硬件電路192

9.4.3 分級調(diào)壓儲能裝置和控制策略設(shè)計192

9.4.5 儲能裝置電氣元器件的選型196

9.5 饋能式懸架能量回收系統(tǒng)設(shè)計197

9.5.1 能量回收電路設(shè)計仿真197

9.5.2 懸架饋能回收試驗(yàn)203

9.6 本章小結(jié)206

參考文獻(xiàn)207

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