汽车主动悬架和四轮转向系统的耦合分析及协调控制
2008年(第30卷)第9期
汽车工程
Automotive Engineering 2008(V01．30)No．9
汽车主动悬架和四轮转向系统的
耦合分析及协调控制木
来飞，邓兆祥，董红亮
(重庆大学，机械传动国家重点实验室，重庆400030)
2008174
[摘要】 针对汽车转向系统和悬架系统的相互作用，建立了转向动力学子模型、悬架动力学子模型以及考虑
两者耦合效应的综合动力学模型。通过仿真分析发现：悬架系统主要通过轮胎动载荷引起轮胎侧偏力变化，从而引
起转向特性发生显著变化；而转向系统则主要通过离心力影响簧上质量的侧倾运动，从而引起悬架运动特性发生变
化；主动悬架与四轮转向协调控制系统在减小车身侧倾和前轮垂直载荷波动的同时，还能有效地改善车辆横摆响应
和质心侧偏角响应。
关键词：汽车；主动悬架；四轮转向；耦合；协调控制
The Coupling Analysis and Coordinated Control of Vehicle’S
Active Suspension and Four Wheel Steering
Lai Fei，Deng Zhaoxiang&Dong Hongliang
Chongq坛University，State Key Laboratory ofMechanical Transmission，Chongqing 400030
[AbstMct] In view of interaction between the steering system and the suspension system of vehicle，two dy-
namic sub-models for steering and suspension respectively and all integrated dynamic model considering their COU-
pling effect are set up．The results of simulation indicate that the suspension movement causes the variation of tire
lateral force through the dynamic load of tire，and hence brings about the great change in steering characteristics；
while the steering system induces the rolling movement of sprung mass mainly through centrifugal force，and then
leads to the variation in suspension kinematic characteristics．The coordinated control of steering and suspension sys—
terns can effectively improve the yaw rate and sideslip responses，while depresses the vehicle’s rolling and reduces
the fluctuation in vertical load of front wheel．
Keywords：vehicle；active suspension；four wheel steering；coupling；coordinated control
刖舌
提高汽车操纵稳定性、乘坐舒适性及安全性是
汽车工业领域一项重要的研究热点问题。其中，决
定这些性能的转向系统和悬架系统取得了较大的进
展。但从收集到的文献资料来看，大都针对单个子
系统，如文献[1]将日。理论运用在3自由度车辆模
型中设计出鲁棒转向控制器；文献[2]运用四轮转
向技术，采用模糊控制方法来提高车辆的操纵稳定
性；文献[3]则采用主动悬架控制来改善车辆的平
顺性和稳态转向；文献[4]在建立整车模型的基础
上，运用主动悬架技术来提高汽车转向时的乘坐舒
适性和操纵稳定性。少部分研究者开始将两者结合
起来进行研究"。J，但这些研究都没有系统地分析
和揭示悬架系统与转向系统之间的耦合机理。
为此，作者针对汽车底盘的两大重要组成——
转向系统和悬架系统，建立起转向动力学子模型、悬
架动力学子模型以及考虑两者耦合效应的综合动力
学模型，并对这两个子系统之间的相互影响进行了
·重庆市自然科学基金项目(8718)资助。
原稿收到日期为2007年11月29日，修改稿收到日期为2008年1月28日。
汽车美容类型（一） 汽车/用品/配件/改装/摩托
●汽车美容之车表护理：无水洗车、泡沫精
无水洗车 http://www.taobao43.net/list.php/26.html
致洗车、全自动电脑洗车、中性环保蜡水精细洗车，
底盘清洗，漆面圬渍处理、漆面飞漆处理、新车开蜡、
氧化层去除、漆面封蜡、漆面划痕处理、抛光翻新、
金属件增亮、轮胎增亮防滑、玻璃抛光、轮毂清洁处
理、外饰条清洗、发动机外部美容、划痕快速修复、
汽车漆表的沥青、焦油的去处、顶蓬去污翻新处理、
汽车玻璃防雨防雾处理
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洁护理、全车吸尘处理
●汽车美容之高级美容：漆面封釉、漆面镀膜、汽
车桑拿、底盘装甲、臭氧消毒、划痕修复、专业真皮
修护、内室干洗等。http://www.taobao43.net/list.php/50014481.html
汽车美容类型（二）http://www.taobao43.net/list.php/50014648.html
现代汽车美容服务大体上可分为车身美容、内部
美容、漆面处理、汽车防护和汽车精品等几部分。
1.车身美容 http://www.taobao43.net/list.php/50018708.html
车身美容主要包括高压洗车，除锈、去除沥青、
焦油等污物，上蜡增艳与镜面处理， 新车开蜡，钢圈、
轮胎、保险杠翻新与底盘防腐涂胶处理等项目。经常
洗车可以清除车表尘土、酸雨、沥青等污染物，防止
漆面及其他车身部件受到腐蚀和损害。适时打蜡不但
能给车身带来光彩亮丽的效果，而且多功能的车蜡能
够无微不至地呵护爱车，可以防紫外线、防酸雨、抗
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2.内部美容 http://www.taobao43.net/list.php/50018772.html
内部美容主要分为车内美容、发动机美容、行
李箱清洁等内容。其中车内美容包括仪表台、顶棚、
地毯、脚垫、座椅、座套、车门衬里的吸尘清洁保护，
以及蒸汽杀菌、冷暖风口除臭、车内空气净化等项目。
发动机美容则包括发动机冲洗清洁、喷上光保护剂、
做翻新处理、三滤清洁(指的是燃油滤清器、机油滤清
器、空气滤清器)等项目。
3.漆面处理 http://www.taobao43.net/list.php/50014482.html
漆面处理服务项目可分为氧化膜处理、飞漆处
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喷漆。漆面处理不仅能使爱车永保“青春”。还能复原
您不慎造成的划痕及破损。更好地保护车身，使汽车
保值。http://www.taobao43.net/list.php/50018720.html
4.汽车防护
汽车防护的项目包括贴防爆太阳膜、安装防盗器、
安装静电放电器、安装汽车语音报警装置等。汽车防
护虽然对汽车的美观不产生直接影响，但却能很好地
呵护爱车。http://www.taobao43.net/list.php/50014537.html
5.汽车精品
汽车精品是汽车美容的点睛之处，也是一种汽车
生活文化的体现，它致力于把汽车营造成一个流动的
生活空间，诸如车用香水、蜡掸、护目镜、把套、坐
垫等。汽车精品带给人们的是一种贴身的关怀。
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一分功夫一分精彩。美丽的背后绝不仅仅是追逐
时尚的冲动，更多的是对另一种物质文化的把握。
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·780· 汽车工程 2008年(第30卷)第9期
详细分析。在此基础上设计出主动悬架系统和含有
协调机制的主动悬架与四轮转向综合控制系统，并
与被动系统进行了仿真对比分析。
1转向动力学子模型
如图1所示，作如下假定：车速、质心侧偏角和
横摆率均以质心CoG为准，4个轮胎均有独立的转
向角，轮胎力作用在接触点，车辆质心的纵向速度叱
保持不变。
图1转向动力学子模型
从惯性坐标系来考查车辆的运动，容易写出车
辆运动方程哺1为
m(面，+枷，)=∑(cos8；如) (1)
L币=∑(r—sin8i巳+kcos8i0) (2)
式中m为汽车质量(包括轮胎的质量)，％和％分别
为汽车质心的纵向速度和横向速度，章为车辆横摆
角速度，疋为车轮转角，L为惯性坐标系下作用在质
心的轮胎力，i代表轮胎下标。r扑k分别为轮胎位
置的茹向和Y向的位移分量。同时为了反映轮胎侧
偏力与垂直载荷的关系，建立起轮胎侧偏力为轮胎
侧偏角与垂直载荷凡的函数关系口’81为
驴卜+眦tan(篙舭-疋也聃
(3)
式中Ci。和C正为正常数。
2悬架动力学及综合模型
考虑7自由度的车辆悬架模型‘91见图2。假定
车身为一刚性体，4个车轮为质量点。悬架类型可
简化为4个单横臂独立悬架。车身在质心处有3个
自由度：垂向，俯仰及侧倾。每个轮胎仅作垂向运
动，在质心和路面扰动之间视为线性弹簧，轮胎垂向
阻尼的影响忽略不计。另外，假定侧倾轴和俯仰轴
在质心CoG之下，距离分别为h，和h。。
图2悬架动力学模型
2．1汽车底盘垂向动力学
通过考虑悬架的几何特性可获得F刷和凡；的关
系，见图3。对车轮点尸。处的力矩平衡有
，Ii(r“一o)一f■(r“一r成)=0 (4)
可求得
F成=(1一‰)k (5)
其中r1)i：!垒 (6)
～一7Bi
最终汽车的垂向动力学方程可写成
n三．=一∑(仫心) (7)
I=1
4
厶三。=∑(r,ir历凡i)一m，h，叱 (8)
i=1
4
‘三币=∑{[(1一rDi)‰一k]凡}+m，h，口，
I=1
(9)
图3悬架几何特性
2008(V01．30)No．9 来飞，等：汽车主动悬架和四轮转向系统的耦合分析及协调控制 ·781·
2．2车轮垂向动力学
为了获得车轮的动力学方程，须再次考虑悬架
的几何特性来获得车轮处的力以及位移。如图3所
示，对点P。的力矩平衡有
F。i(r“一r战)一F“(r“一r成)=0 (10)
求出L，便可获得F“与凡i的函数关系为
F“=％凡i (11)
而悬架支点力凡i为
只，i=ci(三酊一2“)+ki(彳i一2“)+uf (12)
式中lgj为作动器所产生的力，三“与气满足图3表达
的特定比例关系，可由z“求出。最后可得
，凡i Z证=rDiF“+矗“(：一一=证) (13)
式中k为轮胎i处的垂向刚度，Zi为轮胎接地点的
位移扰动。
2．3综合模型
根据汽车转向的运动学关系，可以求出侧向加
速度n，为
口，=iJ，+q。rv． (14)
由式(7)一式(9)可见，汽车的转向运动通过口，
影响车身侧倾，进而影响悬架子系统的运动。
轮胎的垂向力为
凡=k。(磊一气) (15)
即轮胎垂向力将随垂向运动而剧烈变化，由轮胎物
理特性(见式(3))知，这将引起轮胎侧偏力的额外
变化，进而影响整个侧向动力学关系。
可见，汽车转向子系统与悬架子系统是相互耦
合、交互影响的。考虑这种耦合关系的综合模型可
描述为如下运动微分方程组：
面，=一枷z+吉蚤(CO西，一)
≯2乏荟(～si蛾厶+kco哦以)
1 4
t一去荟(roiF,,i)
1 4
孑。=÷∑(k_凡i)一mI％叱
1■i=I
气=手{∑[(1一h)_一。吒]+砚^，(嘭+讥))
3耦合分析
假定车辆以70km／h的车速行驶在水平路面
上，转向盘输入转角为45。。现比较4种不同模型的
仿真结果：(1)综合模型l，即转向子系统和悬架子
系统相互耦合且轮胎侧偏角刚度与垂直载荷相关
联；(2)转向动力学子模型；(3)悬架动力学子模型；
(4)综合模型2，即转向子系统和悬架子系统耦合后
的模型，但轮胎侧偏角刚度为常数。车辆具体特征
参数如表1所示。
表1车辆特征参数
参数 数值 参数 数值
m，／kg 1 374 kl，_|12／N·m“ 25 000
“l，m2／kg 29．3 k3，k4／N·m一1 26 000
m-3，m4／kg 26．2 C1．c2／N·B‘m。1 4 167
l,#／kg·m2 1 100 c3，c4／N·B·m一1 4(DO
1．／kg·m2 2 350 IIl，ka／N‘m。1 219 090
，覃／kg·m2 2 465 k，☆_／N·m“ 221 090
lrlm 1．356 。1l。C2I／rad～ 11．580
l,／m 0．995 。12，。丝／(rod·N)～0．001 6
h，，hp／m 0．6 ‘3l，C41／rad一 16．506
tf，tr／m 0．65 。32，c4C(rad-N)一0．001 8
从图4可以看出，转向动力学子模型的质心侧
偏角响应更为平滑些，综合模型1的超调量要稍大
些，而将轮胎侧偏角刚度当作常数的综合模型2与
转向动力学子模型的响应一致。
0．005
0
．0．005
q 一0．01
罢．0．015
q _o．02
．0．025
—0．03
-0．035
图4车辆质心侧偏角响应
从图5可以看出，综合模型1与转向动力学子
模型相比，车辆的不足转向更为明显，这是由于车身
的侧倾导致轮胎的垂直载荷产生横向转移，从而引
起前后轴轮胎的侧偏力发生了变化。而将轮胎侧偏
角刚度当作常数的综合模型2，由于轮胎侧偏力与
0．18
0．16
0．14
0．12
0．1
0．08
0．06
0．04
0．02
0
图5车辆横摆角速度响应
·782· 汽车工程 2008年(第30卷)第9期
垂直载荷无关，其横摆角速度响应与转向动力学子
模型一致。可见汽车悬架子系统对转向子系统的影
响关系主要特征如下：
(1)悬架系统主要通过轮胎动载荷引起轮胎侧
偏力变化，从而引起转向特性发生显著变化，其原因
在于轮胎侧偏角刚度与垂直载荷相关；
(2)悬架与转向系统耦合的结果，一是使质心
侧偏角响应的超调量显著增加；二是使横摆角速度
响应的超调量显著增加；三是明显增加了车辆的不
足转向。
从图6可以看出，由于综合模型1考虑了侧向
加速度引起的侧倾力矩对车辆的影响，其侧倾角响
应不为0。同时综合模型2的车身侧倾角响应要比
综合模型1的大，这是因为综合模型2的轮胎侧偏
刚度为常数，而综合模型1的轮胎侧偏角刚度则与
垂直载荷有关，相同的轮胎侧偏角下，综合模型2的
轮胎总侧偏力要大于综合模型l的轮胎总侧偏力，
从而也产生较大的侧向加速度(见图7)，最终造成
更大的车身侧倾角。
O．35
03
0．25
0．2
0．15
0．1
0．05
O
3．5
3
2．5
2
1．5
l
O．5
O
图6车身侧倾角响应
图7车辆侧向加速度响应
汽车转向子系统对悬架子系统的影响关系主要
特征如下：转向系统主要通过离心力影响簧上质量
的侧倾运动，从而引起悬架运动特性发生变化。
4协调控制机制
轮胎垂直载荷的表达式为Ⅲ1
F却=，n∥／[2(ff+Z，)]一AF， (16)
F击=mgt／[2(Zf+z，)]+△Ff (17)
Fd=mgl／[2(Zf+Z，)]一AF， (18)
F。=mglf／[2(‘+z，)]+△F， (19)
式中AF，、AF，分别为前后轮垂直载荷变化量，与簧
上质量侧向加速度成正比。
通过对车辆参数进行分析计算，可得出前左右
车轮静载荷为3 085．4N，后左右车轮静载荷为
4 238．6N，即转弯时前内轮更容易离开地面。于是
可通过主动悬架增加后轮侧倾角刚度，达到使后轮
垂直载荷变化适当增大，而前轮垂直载荷变化减小
的目的。
尽管通过主动悬架可减少车身侧倾，但是同时
也会减少不足转向趋势，引起驾驶员不适。此时，可
利用四轮转向技术，如使后轮相对前轮同向转动一
定角度来适量增加不足转向，便可同时提高车辆的
操纵稳定性和安全性。具体控制方法如下。
(1)主动悬架控制
r—f o lay l≤o州
“州一Ik，lay—sgn(ay)口mfl larl>口州
即当车辆侧向加速度超过预先设定的目标值
时，主动悬架开始工作，使后悬架侧倾角刚度随车辆
实际侧向加速度与目标值之间的差值正比例增加，
从而抑制车身侧倾，使前轮垂直载荷波动量减小。
(2)四轮转向控制
rRl6r I口，l≤o。f(R1<0)
1 l尺26r kl>oyref(R2>o)
即当车辆在速度较低的情况下转弯时，侧向加
速度低于目标值，此时后轮与前轮转动方向相反，来
提高车辆的机动性；当车辆在高速下转弯时，侧向加
速度超过目标值，主动悬架开始工作，另外后轮与前
轮同向转动，提高车辆的操纵稳定性和安全性。
5控制系统分析
车辆模型采用原综合模型1，即考虑侧向力与
垂直载荷关联的轮胎模型，且转向系统与悬架系统
相互耦合。行驶工况同前，对比以下3种系统的仿
真结果：(1)被动系统，即前轮转向和被动悬架系
统；(2)主动悬架系统；(3)含有主动悬架和四轮转
向协调机制的综合控制系统。
(1)主动悬架系统与被动系统比较
从图8～图lO可以看出，主动悬架系统减小了
2008(V01．30)No．9 来飞，等：汽车主动悬架和四轮转向系统的耦合分析及协调控制 ·783·
’
车身侧倾，提高了车辆在转弯过程中的安全性，使前
内轮动载荷减小，后内轮动载荷增加。
0．25
0．2
堇。髫
0．05
O
蚕
粒
辗
静
黛
心
锰
图8车身侧倾角响应
图9前内轮动载荷响应
z
0
曩n5
辎一1．0
薹_1．5
刈．2．0
妪-2．5
图lO后内轮动载荷响应
从图11可知，主动悬架系统增加了车辆的过多
转向；同时图12说明采用主动悬架后，质心侧偏角
收敛程度有所降低。
’
黾
奄
图11车辆横摆角速度响应
图12车辆质心侧偏角响应
(2)主动悬架和四轮转向协调控制系统与被动
系统比较
从图13和图14可以看出，采用主动悬架和四
轮转向协调控制的综合系统，能同时改善车辆的横
摆响应和质心侧偏角响应。综合控制系统的其它性
能指标的响应与主动悬架控制系统的类似，这里不
再一一列出。
一舶
毛
罢
固
6结论
O．18
0．16
0．14
O．12
0．1
0．08
0．06
0．04
0．02
0
图13车辆横摆角速度响应
图14车辆质心侧偏角响应
(1)转向子系统与悬架子系统相互耦合的关键
因素在于轮胎侧偏角刚度与垂直载荷关联的轮胎物
理特性。
(2)悬架子系统主要通过轮胎动载荷引起轮胎
侧偏力变化，从而引起转向特性显著变化；转向子系
统通过离心力影响簧上质量的侧倾运动，从而引起
悬架运动特性变化。
(3)文中所述车辆的前轮垂直静载荷要比后轮
的小，在转弯时前内轮更容易离开地面。通过主动
悬架技术增加后悬架侧倾角刚度，可使后轮垂直载
荷变化适量增大，前轮的垂直载荷波动减小，提高行
驶安全性。
(4)利用主动悬架和四轮转向协调控制策略，
即在启动主动悬架的同时，将后轮相对前轮同方向
转动一定角度，来适量增加车辆的不足转向，便能同
(下转第757页)
2008(V01．30)No．9 赵慧敏，等：汽车发动机非稳态振动信号分析方法比较研究 ·757·
它能根据谱相关特性有效地分离出混合在信号中的
各种调制源，从而达到诊断分析对象技术状况的目
的”j。循环谱方法限定的频率范围较窄，在谱图上
峰值陡峭，能较准确地区分出分析对象的正常和异
常状态。
3种方法均能在分析对象最敏感部位的振动信
号中提取出隐藏的故障特征信息，最佳诊断部位相
同，曲轴轴承的频率范围大致相同。
3种分析方法对各种频率成份的敏感程度不相
同，短时Fourier变换分析精度稍差，其它2种方法
能提取出缸体油底壳接合处左侧振动信号中分析对
象的特征信息，但短时Fourier变换则不能，如发动
机转速为1 800r／rnin时，在发动机缸体与油底壳结
合处左侧，采用小波包AR谱方法提取出了0～
0．125(O～1 250Hz)的频率成份，二阶循环谱方法提
取出了1 800—2 000Hz频率成份。
5结论
处理发动机非稳态信号，短时Fourier变换、小
波包AR谱技术、循环谱理论各有其特点。相比较
而言，循环谱方法有更好的频率分辨特性，且在特征
频率处有更显著的谱峰。小波包对单个故障有良好
的分辨特性，但对多个故障的分辨能力较差。而短
时Fourier变换和传统的Fourier变换没有明显的差
别，频率分辨特性相对较差。对相同振动信号进行
Fourier变换和循环谱分析比较，后者谱峰比前者大
2—4倍，所以循环谱方法有更优越的频率特性。
参考文献
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轴承故障特征[J]．北京理工大学学报(自然科学版)，2004
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[9]张贤达，保铮．非平稳信号分析与处理[M]．北京：国防工业出
版社，1998．
(上接第783页)
时改善车辆的横摆角速度和质心侧偏角响应。
主动悬架和四轮转向协调控制策略为汽车悬架
系统和转向系统的综合控制提供了一个新思路，对
于其它含两个及其以上子系统之间的协调控制也具
有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] Kai TenFeng，Hart ShueTan，l～lasayoshi'romizuka．Automatie
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汽车主动悬架和四轮转向系统的耦合分析及协调控制
作者： 来飞， 邓兆祥， 董红亮， Lai Fei， Deng Zhaoxiang， Dong Hongliang
作者单位： 重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆,400030
刊名： 汽车工程
英文刊名： AUTOMOTIVE ENGINEERING
年，卷(期)： 2008，30(9)
被引用次数： 1次
参考文献(10条)
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Steering Cantml Strategy[SAE Paper 2006-01-0942]
3.Wang Jun.Wilson David A.Xu Wenli Active Suspension Control to Impreve Vehicle Ride and Steady-
state Handling 2005
4.方敏.应艳杰.汪洪波 基于整车转向模型的汽车主动悬架控制研究[期刊论文]-中国机械工程 2006(04)
5.Harada Musanori.Harada Hirnshi Analysis of Lateral Stability with Integrated Control of Suspension
and Steering Systems 1999
6.Kitujima Kazuya.Peng Huei H∞ Control for Integrated Side-slip,Roll and Yaw Controls for Ground
Vehicles 2000
7.来飞.邓兆样.董红亮 基于统一模型的转向-悬架系统最优综合控制方法[期刊论文]-汽车工程 2007(03)
8.余志生 汽车理论 2000
9.喻凡.林逸 汽车系统动力学 2005
10.Nngai Masao.Shino Motoki.Gao Feng Study on Integrated Control of Active Front steer Angle and
Direct Yaw Moment 2002
相似文献(10条)
1.会议论文 李军.曹晓莉.梁宇 基于LQ控制的汽车主动悬架控制方法研究 2006
在考虑座椅、乘客等因素对汽车舒适性影响的基础上,本文建立了一种适应汽车主动悬架控制研究的多自由度车辆立体模型.在此模型基础上,运用
LQ控制方法设计了控制器.本文的研究结果显示:在选择合适的汽车模型后,即使采用低自由度控制器及其常规的控制方法,也能得到令人满意的结果.
2.学位论文 宋晓琳 基于免疫算法的汽车主动悬架控制技术研究 2007
悬架是汽车的重要总成之一，其功能是缓和路面不平引起的冲击和振动、保持轮胎与路面的附着力，从而改善平顺性和操纵稳定性。被动悬架振动
系统的主要参数是弹簧刚度和减振器阻尼系数，它们在设计时是按某种特定工况下其平顺性和操纵稳定性综合性能最优来选取的，一旦选定后通常不能
改变。由于其特性参数不能根据使用工况和路面输入的变化来进行控制调整，因而难以满足汽车平顺性和操纵稳定性的更高要求，其性能的进一步提高
受到限制。随着电子控制技术的发展，为了克服被动悬架的缺陷，改善汽车悬架的性能，近年来国内外学者深入开展了汽车主动悬架系统及其控制技术
的研究。
目前，汽车主动悬架的研究大多基于悬架系统的简化模型，此简化模型虽然能够表达真实悬架的一些基本特性，但未考虑悬架结构的非线性因素的
影响，使得用名义参数(即真实系统各零部件的特性参数)表征的简化模型不能很好地等效于真实的悬架系统。同时，由于汽车悬架系统是一个复杂、时
变、不确定的非线性系统，很难获得其精确的数学模型，且汽车受到的路面激励也具有随机性。采用基于模型的传统控制(包括经典控制理论和现代控制
理论)，无论是线性控制还是非线性控制均难以很好地控制汽车主动悬架系统。因此，不需要精确数学模型，决策方式灵活机动，具有较强鲁棒性的智能
控制显示出明显的优势，它能实现对复杂不确定系统的控制，非常适用于具有随机扰动和复杂数学模型韵汽车悬架系统。目前实现智能控制常用的技术
有：模糊逻辑、专家系统、神经网络、遗传算法以及它们的混合技术等，其中神经网络和遗传算法是从人体信息处理系统的脑神经系统和遗传系统发展
起来的，其研究及其应用已取得了一定的成效。但其仍有许多不足，如神经网络的连接权值难以确定且易陷入局部最优；遗传算法虽然具有全局搜索能
力，但局部搜索能力不是很有效，且在处理复杂、混淆和多任务问题时不够灵活，进化后期收敛速度缓慢，从而影响到控制效果。
免疫系统作为人体信息处理系统的四个子系统之一，具有对抗原的多样性识别能力；具有自我调节功能，能根据抗体间的亲和度调节抗体浓度，避
免陷入局部最优解；具有记忆功能，能够在动态环境中维持自身的稳定，是一个非常鲁棒的自适应系统，可以处理各种扰动和不确定性。免疫系统的这
些性质为其在汽车主动悬架控制系统中的应用提供了基础。为了进一步提高汽车主动悬架系统的性能，本文基于生物免疫系统的基本特性，将免疫系统
与控制系统相结合用于汽车主动悬架控制系统。首先，将免疫算法用做辅助用途，用于汽车悬架系统辅助建模与辅助学习模糊控制器，以获得能较真实
反映实际系统的汽车悬架简化模型，解决模糊控制器设计过分依赖专家经验知识，导致设计困难的问题：其次，基于控制的训练和学习，模仿控制器
，提出了汽车主动悬架的免疫控制策略；最后，基于ADAMS/View和Hydraulic，建立了汽车主动悬架的液压伺服系统的虚拟实验仿真平台，并利用
ADAMS/Control模块的接口实现与Matlab/Simulink的联合仿真，实现了免疫控制策略的虚拟实验验证。论文主要研究工作和创新点如下：
1．根据汽车主动悬架的研究模型大多基于简化模型，且简化模型的参数是名义参数，未考虑悬架结构型式的非线性特性的情形，提出了汽车悬架系
统参数的免疫辨识方法。研究结果表明，免疫辨识方法的辨识精度好于递推最小二乘法，当输入输出信号存在一定能量的干扰时，递推最小二乘法失去
了辨识能力，而免疫辨识仍然能得到较好的结果，说明其具有较好的抗干扰能力。
2．提出了汽车主动悬架的免疫控制策略，并分别就三种不同编码(二进制、十进制和DNA编码)方式的免疫控制策略做了对比研究。仿真研究表明
，基于十进制编码的汽车主动悬架的免疫控制策略效果最优，但其速度较慢。基于二进制和DNA编码的免疫控制策略其控制速度相差不大，但后者的控制
效果明显好于前者。基于DNA编码的免疫控制策略，其控制效果和速度综合指标优于十进制和二进制两种编码的免疫控制策略，为最佳选择。
3．提出了汽车主动悬架的混沌免疫控制策略。结果表明，混沌免疫控制策略的控制平稳性要优于免疫进化控制，即基于十进制的免疫控制策略。
4．针对模糊控制器的设计过分依赖专家经验，导致其设计困难的问题，提出了基于免疫算法的汽车主动悬架模糊控制器的设计方法。仿真研究表明
，采用免疫算法优化得到的模糊控制器其控制效果与手动调试的效果相当；抽取多余模糊规则后得到的模糊控制器，其控制效果要优于全规则模糊控制
器。该设计方法避免了手动试错调试的繁琐，提高了设计效率，特别是对高维模糊控制器的设计具有一定的实用价值。
5．考虑到免疫控制的实时性和模糊控制输入的单一性，将两者结合，提出了免疫模糊控制策略。研究发现，该控制方法兼有免疫控制和模糊控制的
优点，其控制效果优于两者单独控制作用的效果。
6．由于汽车主动悬架的实验研究 (无论是简单的模型实验还是复杂的实车试验)都很复杂且需要投入大量资金。同时，在研究过程中，往往需要研
究机构、大专院校和一些公司等多家单位的通力合作才能进行。针对这一情况，设计了基于ADAMS/View和Matlab/Simulink的汽车主动悬架的虚拟实验仿
真平台，并进行了如下两方面的研究：
(1)为了验证设计的汽车主动悬架的虚拟实验仿真平台的有效性，基于ADAMS/Control模块，采用PID控制，假设主动悬架上作用一理想的控制力和液
压伺服系统产生的作动力，对汽车主动悬架进行了控制研究。结果表明，两种情形下的汽车主动悬架控制结果具有良好的一致性，说明所设计的含液压
伺服系统的汽车主动悬架虚拟实验台是可行的。该虚拟实验方法可以缩短实验周期，减少实验费用，为汽车主动悬架控制算法的研究提供了一种有效的
分析手段，能为下一步在真实的主动悬架实验台上实施起到理论指导作用。 (2)利用上述验证了的虚拟实验台，通过其与Matlab的接口实现了免疫进化
控制策略的虚拟实验研究。虚拟实验结果表明，采用免疫进化控制控制汽车主动悬架系统，其效果较好。
3.期刊论文 王哲 我国汽车主动悬架的新技术研究 -中国科技博览2010(25)
随着我国汽车技术的发展,主动悬架技术也将得到不断发展和应用.本文介绍了我国汽车主动悬架的新技术的研究.在不断的努力下,会产生成本低廉
,质量优秀的汽车主动悬架适应普通汽车.
4.期刊论文 寇发荣.KOU Fa-rong EHA汽车电控主动悬架的模糊控制试验 -西安科技大学学报2009,29(5)
为了改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性,克服传统液压主动悬架结构复杂、可靠性低的不足,将目前航空航天领域先进的EHA(Electro-Hydrostatic
Actuator)作动技术引入汽车主动悬架控制结构中.在分析电动静液压作动器EHA原理和悬架结构的基础上,建立了基于EHA的汽车主动悬架数学模型,设计
了模糊控制算法.研制开发了EHA汽车主动悬架物理样机及试验系统,在模拟路面输入条件下进行了该主动悬架的台架试验.模型仿真表明,所设计的控制器
是有效的,并将该模糊控制策略应用于EHA主动悬架样机试验中.试验结果表明,基于EHA的汽车主动悬架有效改善了汽车的平顺性和行驶安全性.
5.学位论文 王亮 汽车主动悬架模型跟踪变结构控制研究 2009
随着汽车车速的进一步提高，人们对汽车的乘坐舒适性提出了更高的要求。传统的被动悬架一经设计，系统参数不能改变，限制了汽车性能的进一
步提高。而主动悬架有外界向其提供能量，并能连续调节能量流，以适应广泛的外部干扰，从而能很好地满足汽车舒适性的要求。主动悬架设计的核心
是控制策略，其有效性以及相关数据处理方案的好坏关系到主动悬架系统性能的优劣。考虑路面干扰的复杂性和被控对象中存在不确定性，本文研究了
汽车主动悬架的模型跟踪变结构控制。
本文首先论述了如何将滑模变结构控制理论应用于模型跟踪控制系统设计，即模型跟踪变结构控制系统的设计原理。依据汽车系统动力学理论，分
别建立了简易程度不同的三种悬架模型，即线性二自由度、线性四自由度及非线性二自由度悬架模型，以及国家标准路面输入模型。
然后，建立了以最优控制方法为基础的独立式主动悬架，并将其作为参考模型，结合模型跟踪变结构控制理论，分别设计了三种模型情况下的主动
悬架控制器。
最后，在matlab/simulink环境中建立三种不同模型的主动悬架系统以及被动系统的仿真模型。仿真结果表明，与被动悬架相比，主动悬架系统各指
标都有明显的改善，大大提高了汽车舒适性能。另外，所设计主动悬架控制器不仅响应速度快，跟踪性能好，而且鲁棒性能优越，对于被控系统参数的
改变不敏感。
本文研究表明，基于模型跟踪变结构控制理论设计主动悬架控制器是行之有效的，为主动悬架的进一步研究提供了有价值的理论参考。
6.期刊论文 来飞.邓兆祥.董红亮.张立双.LAI Fei.DENG Zhao-xiang.DONG Hong-liang.ZHANG Li-shuang 汽车主
动悬架和四轮转向系统的综合控制 -振动与冲击2009,28(4)
针对汽车底盘的两大重要组成-转向子系统和悬架子系统,建立起汽车侧向动力学模型、悬架动力学子模型以及考虑两者耦合效应的综合动力学模型
;接着对四种不同控制策略的车辆系统进行了仿真对比,包括被动悬架兼前轮转向系统、主动抗侧倾杆控制系统、主动抗侧倾杆和四轮转向控制系统以及
主动悬架与四轮转向的综合控制系统,得出:主动悬架和四轮转向综合控制系统能同时兼顾主动悬架和四轮转向的优点,使车辆的操稳性和平顺性大大提高
.
7.期刊论文 续海峰.张慧鹏.Xu Haifeng.Zhang Huipeng 汽车主动悬架模糊PID控制器的设计 -机械传动
2008,32(6)
针对汽车悬架这种复杂系统,建立了2自由度的汽车主动悬架数学模型,将模糊控制理论和PID控制策略经过有机结合后运用于主动悬架控制.用
Matlab语言及其Simulink工具箱仿真,结果表明,设计的主动悬架与被动悬架比较,其舒适性得到了明显改善,验证了这种控制策略的可行性及有效性.
8.学位论文 赵海波 汽车主动悬架控制策略与仿真研究 2007
悬架对汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性有着巨大的影响。目前，汽车上普遍采用的是由弹性元件和减振器组成的被动悬架。被动悬架的阻尼和刚度
参数一经选定，在车辆行驶过程中就无法进行调节，因而不能适应行驶过程中复杂多变的情况。而主动悬架能够根据路面激励情况及汽车运行的实际状
况，及时、准确地调整控制力的大小，使悬架处于最优的减振状态，从而提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。
在整个悬架控制中，控制策略是决定主动悬架系统控制效果好坏的关键性因素。汽车主动悬架的控制策略很多，本文选择PID控制，模糊控制和模糊
自适应PID控制这三种控制策略。作为一种典型实用的控制方法，PID控制具有计算量小、便于实施等特点；模糊控制有对系统参数的变化不敏感、可以
不依靠精确的数学模型等优点；模糊自适应PID控制是将PID参数整定的经验总结成模糊控制规则，根据系统输入在线调整PID控制器参数，进一步完善
PID控制的性能。
采用上述三种控制策略设计了主动悬架，以车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷作为悬架性能的评价指标，对四分之一车体两自由度主动悬架的
数学模型在MATLAB/SIMULINK的仿真环境中，以不同车速、不同路面等级以及改变系统参数的四种不同路况作为系统输入，进行一系列仿真，得到悬架在
时域内的动态响应。通过对比，全面分析在三种不同控制策略控制下的主动悬架的性能特点。
仿真结果表明，三种不同的主动悬架都能很好的减小车身加速度，表明对行驶平顺性的改善效果相当好，同时在一定程度上减小了车轮动载荷和车
身动挠度，表明主动悬架对提高车辆的操纵稳定性也起到了一定的作用。
最后，利用AMESim软件建立了四分之一汽车主动悬架的机械模型，解决了主动悬架数学模型建立的难题。在时域内对基于AMESim的主动悬架进行了
控制仿真分析，并且与基于数学模型的主动悬架进行了控制仿真对比。
9.期刊论文 宋晓琳.赵丕云.SONG Xiao-lin.ZHAO Pi-yun 用于汽车主动悬架的模糊控制器的研究 -湖南大学学报
（自然科学版）2000,27(2)
对用于汽车主动悬架的模糊控制器进行了研究.以阶跃函数和模拟路面时间历程为输入对汽车1/4主动悬架模型进行计算机仿真,并与被动悬架模型进
行对比分析,结果表明:用该模糊控制器控制的主动悬架,汽车的舒适性和安全性都得到了明显改善,是一种较为理想的模糊控制器.
10.会议论文 祁建城.李若新.徐新喜.高延令 MATLAB语言在汽车主动悬架设计中的应用 2000
目的：求解汽车主动悬架的最优控制规律，进一步降低车身在坐姿乘员敏感频带的振动。方法：采用二自由度的汽车悬架模型及具有频域加权形式
二次型性能指标函数，用美国MathWorks公司开发的MATLAB软件求解了汽车主动悬架的最优控制规律。结果和结论：仿真结果表明，主动悬架有效地降低
了汽车簧载质量的垂直振动加速度，采用频域加权形式二次型性能指标函数可进一步降低车身在坐姿乘员敏感频带的振动加速度。
引证文献(1条)
1.来飞.邓兆祥 含非线性轮胎模型的汽车四轮转向与主动悬架集成控制[期刊论文]-中国公路学报 2009(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qcgc200809010.aspx
授权使用：吕先竟(wfxhdx)，授权号：44079e3e-de14-42d5-8a78-9e79015c588c
下载时间：2011年1月28日
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