《車輛懸架控制系統(tǒng)手冊》概述了先進的懸架控制理論和應用情況，涵蓋的主題包括：智能車輛智能懸架控制系統(tǒng)的概述；基于智能的車輛主動懸架自適應控制系統(tǒng)；集成懸架系統(tǒng)的強大主動控制；用于車輛主動懸架系統(tǒng)的區(qū)間2型模糊控制器；主動執(zhí)行器不確定的半車懸架系統(tǒng)的主動控制；采用有限頻率方法的主動懸架控制；基于模糊控制的不確定車輛懸架系統(tǒng)的容錯控制；具有執(zhí)行器飽和的懸架系統(tǒng)的H模糊控制；具有磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)的滑�？刂破髟O計；車輛主動懸架控制器和參數(shù)的聯(lián)合設計；一種LMI方法，用于控制具有時間延遲的車輛發(fā)動機-車身系統(tǒng)的振動；車輛懸架系統(tǒng)的頻域分析和設計。本書適合控制工程領域的學術研究人員和工業(yè)從業(yè)人員，特別是那些從事汽車行業(yè)應用研究的人員閱讀使用。
本書介紹了車輛懸架系統(tǒng)的控制理論和應用。從系統(tǒng)的角度來看，車輛控制系統(tǒng)主要由模型、傳感器、控制器和執(zhí)行機構等關鍵部件組成。本書的重點并非將與車輛懸架控制方面有關的文獻所包含的所有技術細節(jié)都囊括進來，而是優(yōu)先考慮近幾十年已經提出的的控制方法和技術突破。本書共13章，涵蓋了近期主動懸架系統(tǒng)的理論成果及其應用。
前兩章分別回顧了智能懸架系統(tǒng)的建模和控制技術、智能計算方法的研究現(xiàn)狀。董等人概述了車輛懸架性能的評估標準以及與車輛懸架建模、用于處理非線性、不確定性、遲滯性、故障等問題的控制算法相關的文獻；曹等人揭示了智能計算在主動懸架控制系統(tǒng)中的應用，尤其是在解決懸架控制系統(tǒng)在使用中由非線性和不確定性帶來的問題上的應用。由此指出了懸架控制系統(tǒng)今后的發(fā)展方向：一是更精確的車輛懸架動力學模型，甚至是整車模型，是迫切需要發(fā)展的方向之一；二是縮小模型與實例之間的差距；三是多目標優(yōu)化方法和智能計算，如模糊邏輯推理在權衡舒適性、駕駛操縱質量及其他實踐方面的應用；四是從實際應用的角度評估各種控制算法和混合智能算法很有必要。后兩章探討了頻域中的控制問題。孫等人研究了頻段約束條件下的車輛主動懸架控制問題。廣義Kalman-Yakubovich-Popov（GKYP）引理在有時域約束的條件下，能夠在相應的頻率范圍內獲得較好的干擾衰減特性。陳等人則優(yōu)先考慮了在實際應用中如何確定合適的剛度和阻尼特性來滿足不同的要求。同時提出了采用非線性頻域分析方法對車輛懸架系統(tǒng)進行非線性分析和設計，可獲得非線性懸架系統(tǒng)的輸出與系統(tǒng)參數(shù)之間的關系。
本書用較大篇幅闡述了基于時域的一些先進控制策略，如穩(wěn)定性分析等。杜等人對由底盤懸架、座椅懸架和駕駛員模型組成的集成式車輛懸架系統(tǒng)的魯棒性進行了相關研究。值得注意的是，考慮到執(zhí)行機構自身的局限性和參數(shù)的不確定性，在控制器設計流程中考慮了執(zhí)行機構飽和約束和駕駛員模型的參數(shù)不確定性。曹等人介紹了一種新型區(qū)間2型模糊控制器結構來解決車輛主動懸架系統(tǒng)的非線性控制問題。通過整合T-S模糊模型、區(qū)間2型模糊推理、Wu-Mendel不確定性邊界方法和選擇優(yōu)化算法，從而確保模型在生成的線性模型控制面之間切換路徑時保持穩(wěn)定性。李等人為其中一類主動懸架系統(tǒng)設計了一種魯棒H非脆弱控制器，該主動懸架系統(tǒng)的執(zhí)行機構具有不確定性，證明了利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的H擾動衰減特性可保證懸架系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性；研究了容錯模糊控制器設計的相關問題，并通過T-S模糊模型方法對簧上和簧下質量會發(fā)生變化、執(zhí)行機構故障和具有其他懸架特性的懸架系統(tǒng)進行了研究；設計了一種容錯模糊H控制器，從而使得閉環(huán)T-S模糊系統(tǒng)的H性能具有漸近穩(wěn)定性，同時還能滿足約束懸架性能。Saifia等人對執(zhí)行機構飽和懸架系統(tǒng)的H模糊控制進行了研究，并基于執(zhí)行機構飽和和不同局部線性模型插入造成的外部干擾條件下的時域反饋，采用T-S方法對懸架系統(tǒng)（1/4模型、1/2模型、整車模型）進行了建模。Toyama等人提出了兩種滑�？刂破�，其主要用于帶磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)，這種磁流變阻尼器通常具有不良的非線性特性：一種滑�？刂破魇腔谀Ｐ透櫩刂圃碓O計的；另一種滑�？刂破鲃t是通過描述函數(shù)法設計的，其開關函數(shù)執(zhí)行的是預期極限環(huán)而不是完美滑模。張等人提出了一種組合優(yōu)化方法，得到了1/4主動懸架系統(tǒng)建模條件下的理想時域反饋控制器增益和系統(tǒng)參數(shù)。通過選擇經遺傳算法優(yōu)化的系統(tǒng)參數(shù)，獲取了更好的控制效果和干擾抑制特性。Karimmi研究了一種時域和輸出反饋的H控制器，用于解決發(fā)動機機體振動系統(tǒng)的振動控制分析和綜合問題。此外，Popovic和Stamenkovic也使我們注意到在汽車行業(yè)，用具有智能和自治特性的機電系統(tǒng)逐步取代機電元器件已成為一種趨勢，同時指出，這關鍵在于主動懸架及執(zhí)行機構的尺寸、重量和能耗需要在合理的范圍內。
在此，我們對為本書做出貢獻的作者表達衷心的感謝：感謝前期做了很多研究工作的學者們?yōu)楸緯峁┝丝蓞⒖冀梃b的文獻資料；向所有為本書中譯本出版付出辛勤勞動的人們，致以誠摯的謝意。同時，還要感謝在準備階段提出相關問題、做出解釋和說明以使本書更完善的相關工作人員。后，我們想真誠地感謝IET的專業(yè)編輯，他們一如既往地支持、幫助和對本書的校改完善，才使得本書如期出版。同時，我們非常感謝IEEE和IET對已發(fā)表內容所授予的版權。
編者
前言
第1章車輛智能懸架控制系統(tǒng)的先進技術1
1.1引言1
1.2車輛懸架性能的評估標準4
1.2.1駕乘舒適性4
1.2.2車輛行駛性能4
1.3車輛懸架系統(tǒng)建模5
1.3.1道路模型5
1.3.2智能懸架四分之一模型5
1.3.3智能懸架二分之一模型6
1.3.4智能懸架整車模型8
1.3.5非線性動力學模型8
1.3.6非線性多體動力學模型11
1.3.7非線性不確定性模型11
1.3.8含時間延遲的非線性動力學模型12
1.3.9考慮故障的非線性動力學模型13
1.3.10執(zhí)行機構模型14
1.4控制策略18
1.4.1線性控制策略19
1.4.2非線性控制策略19
1.4.3不確定性控制方法20
1.4.4遲滯性控制方法21
1.4.5容錯控制法22
1.5驗證方法24
1.6結語26
致謝27
參考文獻27
第2章車輛智能主動懸架自適應控制系統(tǒng)33
2.1引言33
2.2背景35
2.2.1主動懸架系統(tǒng)線性模型和控制36
2.2.2主動懸架系統(tǒng)的非線性及未建模部分的描述40
2.3自適應模糊控制41
2.4自適應模糊滑�？刂�42
2.4.1減輕SMC的顫振43
2.4.2與SMC互補的FL控制器可消除系統(tǒng)非線性和不確定性45
2.5自適應神經網(wǎng)絡控制46
2.6基于遺傳算法的自適應優(yōu)化控制47
2.7自適應控制集成48
2.7.1自適應神經-模糊控制49
2.7.2基于自適應遺傳算法的模糊控制49
2.7.3遺傳神經網(wǎng)絡組合控制50
2.8結論51
參考文獻52
第3章集成懸架系統(tǒng)的魯棒主動控制57
3.1介紹57
3.2不確定綜合系統(tǒng)建模59
3.3魯棒控制系統(tǒng)設計62
3.3.1控制目標62
3.3.2魯棒的控制器設計63
3.3.3電動液壓執(zhí)行器的力跟蹤控制69
3.4數(shù)值模擬70
3.5結論76
附錄76
參考文獻79
第4章車輛主動懸架系統(tǒng)的區(qū)間2型模糊控制器83
4.1簡介83
4.2非線性主動懸架系統(tǒng)85
4.3區(qū)間2型T-S模糊控制系統(tǒng)87
4.3.1通用T-S模糊模型和模糊控制系統(tǒng)87
4.3.2區(qū)間2型T-S模糊控制系統(tǒng)88
4.3.3提出的IT2 T-S模糊控制系統(tǒng)90
4.4IT2 T-S模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析92
4.5仿真實例94
4.5.1數(shù)值實例94
4.5.2半車主動懸架系統(tǒng)95
4.6結語101
參考文獻101
第5章執(zhí)行器不確定的半車懸架系統(tǒng)的主動控制104
5.1引言104
5.2問題表述105
5.3主要結論109
5.4仿真結果112
5.5結論118
參考文獻118
第6章基于有限頻率法的主動懸架控制120
6.1介紹120
6.2問題表述121
6.3狀態(tài)反饋控制器的設計124
6.4動態(tài)輸出反饋控制器設計128
6.4.1有限頻率的情況下129
6.4.2整個頻率的情況下131
6.5仿真134
6.5.1狀態(tài)反饋的情況134
6.5.2動態(tài)輸出反饋情況137
6.6總結144
參考文獻144
第7章基于模糊控制方法的不確定車輛懸架系統(tǒng)容錯控制147
7.1介紹147
7.2問題表述148
7.3容錯模糊控制器設計154
7.4仿真結果157
7.5總結162
附錄163
參考文獻165
第8章執(zhí)行器飽和的懸架系統(tǒng)的H模糊控制166
8.1介紹166
8.2懸架系統(tǒng)模型167
8.2.1主動四分之一汽車懸架模型168
8.2.2半車懸架模型170
8.2.3整車懸架模型174
8.3懸架系統(tǒng)的Takagi-Sugeno模糊模型178
8.3.1主動四分之一汽車懸架的Takagi-Sugeno表示179
8.3.2主動半車懸架的Takagi-Sugeno表示180
8.3.3主動整車懸架的Takagi-Sugeno表示182
8.4Takagi-Sugeno模糊模型的驗證185
8.4.1仿真參數(shù)186
8.4.2Takagi-Sugeno模糊模型的驗證186
8.5執(zhí)行器飽和190
8.5.1飽和的類型192
8.5.2飽和效應建模192
8.5.3飽和控制和約束控制193
8.6Takagi-Sugeno模糊模型的二次穩(wěn)定193
8.6.1凸分析和線性矩陣不等式194
8.6.2李雅普諾夫意義上的穩(wěn)定性195
8.6.3吸引域195
8.6.4通過PDC控制實現(xiàn)二次穩(wěn)定196
8.7H法197
8.8具有外部干擾和執(zhí)行器飽和的PDC控制分析198
8.8.1約束控制198
8.8.2飽和控制200
8.8.3吸引域的優(yōu)化201
8.9四分之一車主動懸架系統(tǒng)的控制設計202
8.10結論209
參考文獻209
第9章基于磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)的滑�？刂破髟O計214
9.1簡介214
9.2帶MR阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)的控制216
9.2.1可變節(jié)流閥216
9.2.2MR阻尼器218
9.3半主動懸架系統(tǒng)的模型跟隨滑�？刂破�220
9.3.1系統(tǒng)模型與問題220
9.3.2滑�？刂破�221
9.3.3仿真結果223
9.4具有描述功能方法的滑�？刂破�224
9.4.1問題表述225
9.4.2集成滑�？刂�225
9.4.3用描述函數(shù)方法重新設計繼電器輸入227
9.4.4仿真條件228
9.4.5開關功能極限周期的精度229
9.4.6改善由無源約束引起的劣化231
9.4.7驗證抗參數(shù)變化的魯棒性232
9.5半主動懸架系統(tǒng)的VSS觀察器233
9.5.1裝置233
9.5.2問題表述234
9.5.3VSS觀測器的設計235
9.5.4數(shù)值模擬237
參考文獻241
第10章車輛主動懸架控制器和參數(shù)聯(lián)合設計244
10.1概述244
10.2問題表述245
10.3系統(tǒng)聯(lián)合設計247
10.4仿真結果250
10.5結論255
參考文獻255
第11章CAE環(huán)境下車輛懸架系統(tǒng)控制方法259
11.1引言259
11.2機電懸架系統(tǒng)分類260
11.3設計開發(fā)流程261
11.4主動懸架系統(tǒng)建模263
11.4.1狀態(tài)空間中的系統(tǒng)模型264
11.4.2主動懸架數(shù)字系統(tǒng)合成266
11.4.3采用PID控制器的主動懸架控制268
11.4.4采用神經網(wǎng)絡的主動懸架控制272
11.5結論277
參考文獻278
第12章基于線性矩陣不等式的車輛發(fā)動機機體時滯系統(tǒng)振動控制281
12.1引言281
12.2車輛發(fā)動機機體系統(tǒng)284
12.3問題表述288
12.4主要結果289
12.4.1狀態(tài)反饋控制設計289
12.4.2輸出反饋控制設計296
12.5仿真結果297
12.6結論303
參考文獻304
第13章非線性車輛懸架系統(tǒng)的頻域分析與設計307
13.1引言307
13.2系統(tǒng)模型和輸出頻率響應函數(shù)(OFRF)方法309
13.2.1系統(tǒng)模型309
13.2.2系統(tǒng)輸出頻率響應函數(shù)的確定311
13.2.3優(yōu)化和系統(tǒng)分析314
13.2.4結論319
13.3比較研究319
13.3.1現(xiàn)有的非線性阻尼特性319
13.3.2基于OFRF分析方法的阻尼特性設計320
13.3.3對比研究322
13.3.4動力學模型驗證328
13.3.5結論330
13.4在動態(tài)車輛模型上的應用330
13.4.1動態(tài)車輛模型330
13.4.2仿真研究332
13.4.3總結338
13.5結論和未來工作338
參考文獻339
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