车辆磁流变半主动悬架的反步控制策略研究.pdf

摘要

车辆工业对我国的经济发展起着中流砥柱的作用，车辆综合性能的需求，智能

化、集成化的底盘操作系统已成为汽车行业竞争的核心领域。悬架的作用是在车轮

和车架之间传递力和扭矩，保证机动车的行驶平顺性。磁流变半主动悬架利用了磁

流变液控制技术，可根据不同路面的工况实现阻尼力实时连续可调，并抑制车辆悬

架各部件之间相互耦合的振动。磁流变半主动悬架具有结构简单、能耗低、快速响

应、大容量、低功耗和鲁棒性好等优秀的特性，并改善司机和乘客的乘坐舒适性。

磁流变减振器具有体积小、响应速度快（毫米级）、阻尼顺逆连续可调、消耗

功率小和易于工程控制等优点。磁流变减振器的位移-阻尼力和速度-阻尼力的动力

学建模和优秀的控制器的设计是两项巨大的挑战。针对磁流变减振器的建模和控

制器的设计的问题已受到了汽车相关领域的重点关注。因此，基于反步控制策略的

磁流变半主动悬架系统的主要内容：

（1）根据不同工况条件对车辆悬架系统的振动进行分析，利用理论推导出了

时域的随机路面激励和凸包路面激励的数学模型，再利用Matlab软件搭建了A级、

B级、C级的随机路面和凸包路面的simulink模型，并得出其仿真结果。搭建了二

自由度1/4被动悬架系统模型、二自由度1/4磁流变半主动悬架系统模型、四自由

度1/2磁流变半主动悬架系统模型和七自由度整车悬架系统模型，并依次搭建了其

悬架系统的simulink模型。最后，介绍了悬架系统的主要影响因素和评价指标。

（2）搭建了磁流变减振器的Dahl模型和磁流变半主动悬架模型，根据传统反

步控制、神经网络和李雅普努夫稳定性的基本理论。设计了一种基于径向基神经网

络的反步控制策略。采用径向基神经网络以解决悬架簧载质量的未知函数的问题，

再加入一阶低通滤波器来解决不确定路面激励的外部干扰。引入辅助系统来解决

悬架系统输入饱和控制力超过限定值的问题。最后，对比被动控制、天棚控制和传

统反步控制策略，在A级、B级、C级的随机路面和凸包路面激励条件下，簧载质

量的垂向位移、速度和加速度的均方根值和峰值都得到了极大程度地改善。因此，

在两种不同的工况条件下，基于径向基神经网络的反步控制器改善了半主动悬架

系统的行驶平顺性，并验证了控制器的有效性。

（3）把磁流变减振器放上测试台架进行试验和采集数据，搭建了磁流变减振

器的双曲正切模型和磁流变半主动悬架模型，并对其参数识别。根据其正向模型，

一种是采用直接逆推法，求出其简化的逆向模型，另一种是采用自适应模糊神经网

络法，根据自适应模糊神经网络系统（ANFIS）搭建其逆向模型。根据传统反步控

制、滑模控制、反步滑模控制和李雅普努夫稳定性的基本理论，设计了一种自适应

反步滑模控制策略，把反步控制与滑模控制方法相结合，能扩大反步控制方法的适

用范围。另外，它对模型的干扰具有鲁棒性，并采用自适应方法来实现对总不确定

性的估计。最后，在A级、B级、C级的随机路面和凸包路面激励条件下，相比被

动控制和反步滑模控制，车辆的行驶平顺性有很大程度的改善。因此，在两种工况

条件下，自适应反步滑模控制器提升了半主动悬架系统的行驶平顺性，并验证了控

制器的有效性。

关键词：磁流变半主动悬架，动力学建模，径向基神经网络，反步控制，自

适应反步滑模控制，台架试验

Abstract

TheautomotiveindustryplaysacriticalroleinChinaseconomicdevelopment.The

demandforcomprehensivevehicleperformance,coupledwithanintelligentand

integratedchassisoperatingsystem,hasemergedasthefocalpointofcompetitionwithin

theautomotiveindustry.Thesuspensionsystemfunctionstotransmitforceandtorque

betweenthewheelsandthesuspension,therebyensuringtheridecomfortofmotor