多作动器协同的特种车辆主动悬架控制方法

doi:10.3901/JME.2025.08.228

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (8): 228-239.doi: 10.3901/JME.2025.08.228

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多作动器协同的特种车辆主动悬架控制方法

张聪^1,2, 刘爽^1,2, 赵丁选³, 卫燕侨^1,2, 刘世纪¹

1. 燕山大学电气工程学院秦皇岛 066004;
2. 燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室秦皇岛 066004;
3. 燕山大学机械工程学院秦皇岛 066004

收稿日期:2024-05-15 修回日期:2024-11-12 发布日期:2025-05-10
作者简介:张聪，男，1987年出生，博士，副教授。主要研究方向为运载系统动力学与控制、协同控制、振动控制。E-mail：zhangcong@ysu.edu.cn;刘爽(通信作者)，男，1978年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为复杂机电系统动力学分析与控制。E-mail：shliu@ysu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U20A20332, 62303397)、河北省自然科学基金(A2022203024、F2021203028)、中央引导地方科技发展资金(基础研究项目)(216Z1902G)、河北省自然科学基金创新研究群体(E2024203257)和省级重点实验室绩效补助经费(22567612H)资助项目。

Multi-actuator Cooperation Empowered Active Suspension Control Method for Special Vehicles

ZHANG Cong^1,2, LIU Shuang^1,2, ZHAO Dingxuan³, WEI Yanqiao^1,2, LIU Shiji¹

1. School of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
2. Key Lab of Industrial Computer Control Engineering of Hebei Province, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
3. School of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004

Received:2024-05-15 Revised:2024-11-12 Published:2025-05-10

摘要/Abstract

摘要： 针对特种车辆的行车调平和行驶平顺双重需求，提出多作动器协同的主动悬架控制方法。将整车等效为由作动器驱动的带有相互耦合关联的悬架节点，建立面向控制器设计的全驱动型悬架节点动力学模型。针对系统状态不可测，但误差可解算的实际情况，提出基于误差的协同控制器和扩张状态观测器，实现高精度行车调平。开拓从“面”到“点”的新视角，探索改善行驶平顺性的新思路和新方法。在协同调平框架下，有机融入经典加速度阻尼控制方法，以达成行车调平和行驶平顺的双重目标。借助汽车系统仿真软件Carsim验证提出方法的有效性。结果表明，与单纯行车调平控制方法对比，所提方法调平效果相当，平顺特性更优；与经典平顺控制方法对比，所提方法凭借协同调平的框架优势进一步提升了车辆的平顺特性。

关键词: 主动悬架, 协同控制, 行车调平, 行驶平顺性, 扩张状态观测器

Abstract: A multi-actuator cooperation empowered active suspension control methodology is proposed for driving leveling and riding comfort of special vehicles. A fully driven suspension nodes dynamics model aimed at controller design is established by decomposing the entire vehicle into coupled suspension nodes driven by actuators. An error-based cooperative controller and an error-based extended state observer are proposed to achieve high-precision driving leveling regarding the fact that the system states are unmeasurable but the errors can be solved. A new perspective from ‘surface’ to ‘point’ is developed to expand new ideas and methods for improving riding comfort. The classic acceleration damping driven control method is organically integrated into the driving leveling framework to achieve the dual goals of driving leveling and ride comfort. The effectiveness of the proposed method is verified by Carsim. The results show that compared with the pure driving leveling control method, its driving leveling effect is equivalent and its riding comfort characteristics are better; Compared with classic acceleration damping driven control methods, the proposed method further enhances the riding comfort caused by the advantages of the driving leveling framework.

Key words: active suspension, cooperative control, driving leveling, riding comfort, extended state observer

中图分类号:

U461
TP273

张聪, 刘爽, 赵丁选, 卫燕侨, 刘世纪. 多作动器协同的特种车辆主动悬架控制方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(8): 228-239.

ZHANG Cong, LIU Shuang, ZHAO Dingxuan, WEI Yanqiao, LIU Shiji. Multi-actuator Cooperation Empowered Active Suspension Control Method for Special Vehicles[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(8): 228-239.

参考文献

[1] THEUNISSEN J，TOTA A，GRUBER P，et al. Preview-based techniques for vehicle suspension control：A state-of-the-art review[J]. Annual Reviews in Control，2021，51：206-35.
[2] 陈仲生，曹军义，秦朝烨，等. 汽车悬架同步振动抑制与能量收集综述与展望[J]. 机械工程学报，2022，58(20)：3-26. CHEN Zhongsheng，CAO Junyi，QIN Zhaoye，et al. Simultaneous vibration suppression and energy harvesting of vehicle suspension systems：Status and prospects[J]. Journal of Mechanical Engineering，2022，58(20)：3-26.
[3] 张聪，刘爽，姜思远，等. 多作动器协同的特种车辆行车调平控制方法[J]. 兵工学报，2023，44(1)：98-107. ZHANG Cong，LIU Shuang，JIANG Siyuan，et al. Driving leveling control method with multi-actuator cooperation for special vehicles[J]. Acta Armamentarii，2023，44(1)：98-107.
[4] 董绪斌. 基于电液伺服主动悬架的车身位姿稳定性控制研究[D]. 长春：吉林大学，2017. DONG Xubin. Research on vehicle attitude stability control with electro hydraulic servo active suspension[D]. Changchun：Jilin University，2017.
[5] 杜苗苗. 多轴应急救援车辆主动悬架系统的控制策略研究[D]. 长春：吉林大学，2021. DU Miaomiao. Control strategy research on active suspension system of multi-axle emergency rescue vehicles [D]. Changchun：Jilin University，2021.
[6] YU M，EVANGELOU S A，DINI D. Parallel active link suspension：full car application with frequency-dependent multiobjective control strategies[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology，2022，30(5)：2046-2061.
[7] FENG Z，YU M，EVANGELOU S A，et al. Mu-synthesis PID control of full-Car with parallel active link suspension under variable payload[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology，2022，72(1)：176-89.
[8] LIU S，ZHENG T，ZHAO D，et al. Strongly perturbed sliding mode adaptive control of vehicle active suspension system considering actuator nonlinearity[J]. Vehicle System Dynamics，2022，60(2)：597-616.
[9] KILICASLAN S. Control of active suspension system considering nonlinear actuator dynamics[J]. Nonlinear Dynamics，2018，91：1383-1394.
[10] NGUYEN S D，LAM B D，CHOI S B. Smart dampers-based vibration control - Part 2：Fractional-order sliding control for vehicle suspension system[J]. Mechanical Systems and Signal Processing，2021，148：107145：1-24.
[11] 陈潇凯，曾洺锴，刘向，等. 基于VSL-MPC的半主动悬架预瞄控制研究[J]. 汽车工程，2022，44(10)：1537-46. CHEN Xiaokai，ZENG Mingkai，LIU Xiang，et al. Research on semi-active suspension preview control based on VSL-MPC[J]. Automotive Engineering，2022，44(10)：1537-1546.
[12] LIU L，ZHU C Q，LIU Y J，et al. Intelligent motion tracking control of vehicle suspension systems with constraints via neural performance analysis[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems，2022，23(8)：13896-13903.
[13] 寇发荣，高亚威，景强强，等. 基于路面等级自适应的主动悬架LQG控制[J]. 振动与冲击，2020，39(23)：303-311. KOU Farong，GAO Yawei，JING Qiangqiang，et al. Adaptive fuzzy control of an electromagnetic hybrid suspension based on road recognition[J]. Journal of Vibration and Shock，2023，42(2)：303-311.
[14] 段建民，黄小龙，陈阳舟. 具有输入时滞的主动悬架鲁棒补偿控制[J]. 振动与冲击，2020，39(24)：254-263，277. DUAN Jianmin，HUANG Xiaolong，CHEN Yangzhou. Robust compensation control for active suspension subject to input delay[J]. Journal of Vibration and Shock，2020，39(24)：254-263，277.
[15] LEE D，JIN S，LEE C. Deep reinforcement learning of semi-active suspension controller for vehicle ride comfort[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology，2023，72(1)：327-339.
[16] XIA X，NING D，LIAO Y，et al. Multiobjective control strategies of a novel multifunction electrically interconnected suspension[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2023，28(6)：3339-3351.
[17] TANG X，DUAN Z，HU X，et al. Lin X. Improving ride comfort and fuel economy of connected hybrid electric vehicles based on traffic signals and real road information[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology，2021，70(4)：3101-3112.
[18] YAN S，SUN W，GAO H. Vibration suppression for motor-driven uncertain active suspensions with hard constraints and analysis of energy consumption[J]. IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics：Systems，2022，52(1)：618-630.
[19] LEVANT A. Finite differences in homogeneous discontinuous control[J]. IEEE Transactions on Automatic Control，2007，52(7)：1208-1217.
[20] HAN J. From PID to active disturbance rejection control[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2009，56(3)：900-906.
[21] KHALIL H. Nonlinear systems[M]. 3rd ed. New Jersey：Prentice Hall，2001.

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[1]	王珊珊, 梁军, 陈龙, 陈逢强, 华国栋. 基于动态稳定域的LPV/H_∞车辆横纵向稳定协同控制[J]. 机械工程学报, 2025, 61(6): 228-237.
[2]	孙文龙, 潘伟, 向绍通, 张艺馨, 张聪, 路长厚. 基于扩张状态观测器的液体静压轴承重复控制技术研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(5): 126-137.
[3]	王法安, 杨全合, 殷国栋, 梁晋豪, 张兆国. 考虑时变状态参数的车辆纵-垂向运动矢量控制[J]. 机械工程学报, 2025, 61(4): 239-248.
[4]	潘宇真, 魏佳炜, KHAN Rezwan Al Islam, 陈雄, 王洪波, 商慧亮. 新型模块化农业机器人设计分析与冗余协同控制[J]. 机械工程学报, 2024, 60(23): 88-101.
[5]	唐小林, 杨剑英, 杨凯, 李文博. 面向无信号灯十字路口的自动驾驶多车协同控制方法研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(20): 217-228.
[6]	叶青, 姜笑, 张垚, 汪若尘, 丁仁凯, 蔡英凤. 考虑响应时滞的磁流变半主动悬架H_∞控制与试验研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(18): 276-287.
[7]	金贤建, 王佳栋, 徐利伟, 严择圆, 卢彦博, 殷国栋, 陈南. 轮毂电机驱动电动汽车主动悬架μ综合鲁棒控制研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(16): 259-269.
[8]	冯吉伟, 殷国栋, 梁晋豪, 庄伟超, 彭湃, 卢彦博, 采国顺, 徐利伟. 考虑介入惩罚因子的智能车辆人机协同控制架构[J]. 机械工程学报, 2024, 60(14): 238-251.
[9]	张利鹏, 王子健, 任长安, 樊小建. 混合动力汽车增速离合器创新设计与应用研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(8): 253-263.
[10]	朱威霖, 王超, 邓文翔, 梁相龙, 姚建勇. 基于非奇异终端滑模的电机伺服系统预设性能控制[J]. 机械工程学报, 2023, 59(24): 359-366.
[11]	张雷, 徐同良, 李嗣阳, 程树辉, 丁晓林, 王震坡, 孙逢春. 全线控分布式驱动电动汽车底盘协同控制研究综述[J]. 机械工程学报, 2023, 59(20): 261-280.
[12]	何畅, 熊蔡华, 陈文斌. 脑损伤上肢康复机器人及其临床应用研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(19): 65-80.
[13]	孟凡博, 黄进, 平补, 白楠, 张霄来, 李鹏. 非可展开曲面多材喷射协同调控方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(17): 241-249.
[14]	徐兴, 陈雷, 江昕炜, 梁聪, 王峰. 基于H_∞状态反馈的商用车准零刚度空气悬架系统半主动控制[J]. 机械工程学报, 2023, 59(12): 306-317.
[15]	张利鹏, 段嘉瑶, 苏泰, 任晨辉. 电动轮驱动汽车空间稳定性底盘协同控制[J]. 机械工程学报, 2022, 58(10): 209-221.