半主动空气悬架的非线性特性及控制算法研究

元艳玲，樊祺超，范 英，秦维新

（太原科技大学交通与物流学院，山西 太原 030024）

1 引言

半主动空气悬架相比传统悬架，其固有频率低，频域变化范围小，车辆行驶过程中车身高度保持不变，其刚度变化呈“S”型，非线性特性表现明显，可以有效的降低车轮动载荷[1－3]。传统空气悬架，减震器阻尼不可调，使得车辆平顺性和操稳性提升有限，使用阻尼可调减震器可以改善这一困境。空气悬架刚度呈非线性，采用更有效合理的控制算法成为广大学者研究的重点[4－5]。2005年陈燕虹设计了模糊与神经网络控制器，期望改善重载车辆对路面的破坏。2014 年张一飞等设计了分数阶滑膜控制器，取得了良好的效果。2015 年郑明军等设计了滑膜切换面函数和滑膜控制器，明显改善空气悬架系统的隔振性能[6]。2016 年康耀东等设计多级可调阻尼天棚控制器，改善了道路友好性。传统滑膜控制器以理想天棚为参考模型，跟踪结果使得轮胎动载荷变差，操纵稳定性也达不到期望[7]。

为此，拟在分析膜式空气弹簧刚度特性的基础上，建立阻尼可调式空气悬架的动力学模型，并以混合天地棚控制器为参考模型设计滑膜控制器，以期进一步改善车辆平顺性和操纵稳定性。

2 半主动空气悬架系统动力学模型

2.1 空气弹簧垂直刚度特性

膜式空气弹簧的弹力来源于气囊内的气体对膜壁的压力[8]。任意时刻气囊内的绝对气压P，有效受力面积A 和标准大气压Pa决定此时空气弹簧的弹力。模型受力示意图，如图1 所示。……