车辆半主动悬架多目标优化控制.pdf

摘要

车辆在行驶过程中，路面的凹凸不平和起伏不定都会使车身产生俯仰运动，

从而影响车辆的乘坐舒适性和行驶安全性。为此，本文以半主动悬架为研究对象，

先分析了半主动悬架阻尼力的可达范围。接下来针对两类典型的不平路面工况

——随机路面和波动路面，分别设计了相应的半主动悬架控制策略来抑制车辆的

俯仰运动并优化车辆的整体性能，从而提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。

本文首先根据车辆行驶动力学知识，建立了随机路面、坑包路面以及长波路

面的激励模型，分析了不同路面激励对车辆俯仰动态的影响。搭建了基于磁流变

半主动悬架的双曲正切逆模型以及阻尼力约束模型。在这之后，根据汽车俯仰动

力学，忽略侧倾运动对车辆俯仰运动的微弱影响，建立了可以表征车辆俯仰和垂

向运动的前后半车悬架模型，为后文控制器设计提供了模型基础。

接下来针对车辆在随机路面上行驶的工况，首先介绍了基于车辆半主动悬架

的系统性能评价指标，在此基础上，通过分析最优控制的特点，设计了基于半主

动悬架的约束最优控制器。在设计控制器的过程中，利用层析分析法确定各子目

标的加权系数，并通过对比不同加权系数下约束最优控制效果的不同，得出仅通

过改变加权系数，无法做到单独优化某一性能指标却不牺牲其他性能。鉴于此，

接下来设计了基于俯仰角优化的模糊最优控制器。仿真结果表明模糊最优控制器

可以在保证其他性能的前提下，进一步抑制车辆的俯仰角。

最后本文针对车辆行驶在波动路面（包括坑包路面以及长波路面）的特殊工

况下，首先设计最优控制器并分析了最优控制应用于长波路面的局限性，接下来

设计了约束预测控制来抑制车辆的俯仰运动从而提高车辆的行驶平顺性和操纵稳

定性。考虑到车辆在高速时会达到共振状态，而此时基于模型的控制方法大多会

因为悬架模型固有参数的缘故而受到限制，鉴于此，选择设计对模型要求不高的

双模糊控制器来抑制车辆在高速通过长波路面时的俯仰角加速度和垂向加速度。

最后针对车辆以递增速度通过长波路面时，双模糊控制器与预测控制器所表现出

的控制效果的差异，出于进一步优化车辆性能的目的，综合各个性能指标临界点

的速度信息，设计了基于速度的方式切换的控制器。仿真结果表明，随着车速的

增加，方式切换的控制策略能有效提升行车过程中的车辆整体性能。

关键词：半主动悬架；俯仰抑制；多目标优化；最优控制；预测控制；模糊控制

Abstract

Duringtherunningofthevehicle,unevenandundulatingroadsurfacewillcausethe

bodytoproducepitchingmovement,thusaffectingtheridecomfortanddrivingsafety

ofthevehicle.Therefore,inthispaper,thesemi-activesuspensionistakenasthe

researchobject.First,thereachofthedampingforceofthesemi-activesuspensionis

analyzed.Next,accordingtothetwotypesoftypicalunevenroadconditions—random

roadandfluctuatingroad,thecorrespondingsemi-activesuspensioncontrolstrategyis

designedtosuppressthepitchingmotionofthevehicleandoptimizetheoverall

performanceofthevehicle,whichpurposeimprovingtherunningsmoothnessand

handlingstabilityofthevehicle.

Firstly,accordingtotheknowledgeofvehicledrivingdynamics