《车辆悬架控制系统手册》概述了先进的悬架控制理论和应用情况，涵盖的主题包括：智能车辆智能悬架控制系统的概述；基于智能的车辆主动悬架自适应控制系统；集成悬架系统的强大主动控制；用于车辆主动悬架系统的区间2型模糊控制器；主动执行器不确定的半车悬架系统的主动控制；采用有限频率方法的主动悬架控制；基于模糊控制的不确定车辆悬架系统的容错控制；具有执行器饱和的悬架系统的H模糊控制；具有磁流变阻尼器的半主动悬架系统的滑模控制器设计；车辆主动悬架控制器和参数的联合设计；一种LMI方法，用于控制具有时间延迟的车辆发动机-车身系统的振动；车辆悬架系统的频域分析和设计。本书适合控制工程领域的学术研究人员和工业从业人员，特别是那些从事汽车行业应用研究的人员阅读使用。
本书介绍了车辆悬架系统的控制理论和应用。从系统的角度来看，车辆控制系统主要由模型、传感器、控制器和执行机构等关键部件组成。本书的重点并非将与车辆悬架控制方面有关的文献所包含的所有技术细节都囊括进来，而是优先考虑近几十年已经提出的的控制方法和技术突破。本书共13章，涵盖了近期主动悬架系统的理论成果及其应用。
前两章分别回顾了智能悬架系统的建模和控制技术、智能计算方法的研究现状。董等人概述了车辆悬架性能的评估标准以及与车辆悬架建模、用于处理非线性、不确定性、迟滞性、故障等问题的控制算法相关的文献；曹等人揭示了智能计算在主动悬架控制系统中的应用，尤其是在解决悬架控制系统在使用中由非线性和不确定性带来的问题上的应用。由此指出了悬架控制系统今后的发展方向：一是更精确的车辆悬架动力学模型，甚至是整车模型，是迫切需要发展的方向之一；二是缩小模型与实例之间的差距；三是多目标优化方法和智能计算，如模糊逻辑推理在权衡舒适性、驾驶操纵质量及其他实践方面的应用；四是从实际应用的角度评估各种控制算法和混合智能算法很有必要。后两章探讨了频域中的控制问题。孙等人研究了频段约束条件下的车辆主动悬架控制问题。广义Kalman-Yakubovich-Popov（GKYP）引理在有时域约束的条件下，能够在相应的频率范围内获得较好的干扰衰减特性。陈等人则优先考虑了在实际应用中如何确定合适的刚度和阻尼特性来满足不同的要求。同时提出了采用非线性频域分析方法对车辆悬架系统进行非线性分析和设计，可获得非线性悬架系统的输出与系统参数之间的关系。
本书用较大篇幅阐述了基于时域的一些先进控制策略，如稳定性分析等。杜等人对由底盘悬架、座椅悬架和驾驶员模型组成的集成式车辆悬架系统的鲁棒性进行了相关研究。值得注意的是，考虑到执行机构自身的局限性和参数的不确定性，在控制器设计流程中考虑了执行机构饱和约束和驾驶员模型的参数不确定性。曹等人介绍了一种新型区间2型模糊控制器结构来解决车辆主动悬架系统的非线性控制问题。通过整合T-S模糊模型、区间2型模糊推理、Wu-Mendel不确定性边界方法和选择优化算法，从而确保模型在生成的线性模型控制面之间切换路径时保持稳定性。李等人为其中一类主动悬架系统设计了一种鲁棒H非脆弱控制器，该主动悬架系统的执行机构具有不确定性，证明了利用李雅普诺夫稳定性理论的H扰动衰减特性可保证悬架系统的渐近稳定性；研究了容错模糊控制器设计的相关问题，并通过T-S模糊模型方法对簧上和簧下质量会发生变化、执行机构故障和具有其他悬架特性的悬架系统进行了研究；设计了一种容错模糊H控制器，从而使得闭环T-S模糊系统的H性能具有渐近稳定性，同时还能满足约束悬架性能。Saifia等人对执行机构饱和悬架系统的H模糊控制进行了研究，并基于执行机构饱和和不同局部线性模型插入造成的外部干扰条件下的时域反馈，采用T-S方法对悬架系统（1/4模型、1/2模型、整车模型）进行了建模。Toyama等人提出了两种滑模控制器，其主要用于带磁流变阻尼器的半主动悬架系统，这种磁流变阻尼器通常具有不良的非线性特性：一种滑模控制器是基于模型跟踪控制原理设计的；另一种滑模控制器则是通过描述函数法设计的，其开关函数执行的是预期极限环而不是完美滑模。张等人提出了一种组合优化方法，得到了1/4主动悬架系统建模条件下的理想时域反馈控制器增益和系统参数。通过选择经遗传算法优化的系统参数，获取了更好的控制效果和干扰抑制特性。Karimmi研究了一种时域和输出反馈的H控制器，用于解决发动机机体振动系统的振动控制分析和综合问题。此外，Popovic和Stamenkovic也使我们注意到在汽车行业，用具有智能和自治特性的机电系统逐步取代机电元器件已成为一种趋势，同时指出，这关键在于主动悬架及执行机构的尺寸、重量和能耗需要在合理的范围内。
在此，我们对为本书做出贡献的作者表达衷心的感谢：感谢前期做了很多研究工作的学者们为本书提供了可参考借鉴的文献资料；向所有为本书中译本出版付出辛勤劳动的人们，致以诚挚的谢意。同时，还要感谢在准备阶段提出相关问题、做出解释和说明以使本书更完善的相关工作人员。后，我们想真诚地感谢IET的专业编辑，他们一如既往地支持、帮助和对本书的校改完善，才使得本书如期出版。同时，我们非常感谢IEEE和IET对已发表内容所授予的版权。
编者
前言
第1章车辆智能悬架控制系统的先进技术1
1.1引言1
1.2车辆悬架性能的评估标准4
1.2.1驾乘舒适性4
1.2.2车辆行驶性能4
1.3车辆悬架系统建模5
1.3.1道路模型5
1.3.2智能悬架四分之一模型5
1.3.3智能悬架二分之一模型6
1.3.4智能悬架整车模型8
1.3.5非线性动力学模型8
1.3.6非线性多体动力学模型11
1.3.7非线性不确定性模型11
1.3.8含时间延迟的非线性动力学模型12
1.3.9考虑故障的非线性动力学模型13
1.3.10执行机构模型14
1.4控制策略18
1.4.1线性控制策略19
1.4.2非线性控制策略19
1.4.3不确定性控制方法20
1.4.4迟滞性控制方法21
1.4.5容错控制法22
1.5验证方法24
1.6结语26
致谢27
参考文献27
第2章车辆智能主动悬架自适应控制系统33
2.1引言33
2.2背景35
2.2.1主动悬架系统线性模型和控制36
2.2.2主动悬架系统的非线性及未建模部分的描述40
2.3自适应模糊控制41
2.4自适应模糊滑模控制42
2.4.1减轻SMC的颤振43
2.4.2与SMC互补的FL控制器可消除系统非线性和不确定性45
2.5自适应神经网络控制46
2.6基于遗传算法的自适应优化控制47
2.7自适应控制集成48
2.7.1自适应神经-模糊控制49
2.7.2基于自适应遗传算法的模糊控制49
2.7.3遗传神经网络组合控制50
2.8结论51
参考文献52
第3章集成悬架系统的鲁棒主动控制57
3.1介绍57
3.2不确定综合系统建模59
3.3鲁棒控制系统设计62
3.3.1控制目标62
3.3.2鲁棒的控制器设计63
3.3.3电动液压执行器的力跟踪控制69
3.4数值模拟70
3.5结论76
附录76
参考文献79
第4章车辆主动悬架系统的区间2型模糊控制器83
4.1简介83
4.2非线性主动悬架系统85
4.3区间2型T-S模糊控制系统87
4.3.1通用T-S模糊模型和模糊控制系统87
4.3.2区间2型T-S模糊控制系统88
4.3.3提出的IT2 T-S模糊控制系统90
4.4IT2 T-S模糊控制系统的稳定性分析92
4.5仿真实例94
4.5.1数值实例94
4.5.2半车主动悬架系统95
4.6结语101
参考文献101
第5章执行器不确定的半车悬架系统的主动控制104
5.1引言104
5.2问题表述105
5.3主要结论109
5.4仿真结果112
5.5结论118
参考文献118
第6章基于有限频率法的主动悬架控制120
6.1介绍120
6.2问题表述121
6.3状态反馈控制器的设计124
6.4动态输出反馈控制器设计128
6.4.1有限频率的情况下129
6.4.2整个频率的情况下131
6.5仿真134
6.5.1状态反馈的情况134
6.5.2动态输出反馈情况137
6.6总结144
参考文献144
第7章基于模糊控制方法的不确定车辆悬架系统容错控制147
7.1介绍147
7.2问题表述148
7.3容错模糊控制器设计154
7.4仿真结果157
7.5总结162
附录163
参考文献165
第8章执行器饱和的悬架系统的H模糊控制166
8.1介绍166
8.2悬架系统模型167
8.2.1主动四分之一汽车悬架模型168
8.2.2半车悬架模型170
8.2.3整车悬架模型174
8.3悬架系统的Takagi-Sugeno模糊模型178
8.3.1主动四分之一汽车悬架的Takagi-Sugeno表示179
8.3.2主动半车悬架的Takagi-Sugeno表示180
8.3.3主动整车悬架的Takagi-Sugeno表示182
8.4Takagi-Sugeno模糊模型的验证185
8.4.1仿真参数186
8.4.2Takagi-Sugeno模糊模型的验证186
8.5执行器饱和190
8.5.1饱和的类型192
8.5.2饱和效应建模192
8.5.3饱和控制和约束控制193
8.6Takagi-Sugeno模糊模型的二次稳定193
8.6.1凸分析和线性矩阵不等式194
8.6.2李雅普诺夫意义上的稳定性195
8.6.3吸引域195
8.6.4通过PDC控制实现二次稳定196
8.7H法197
8.8具有外部干扰和执行器饱和的PDC控制分析198
8.8.1约束控制198
8.8.2饱和控制200
8.8.3吸引域的优化201
8.9四分之一车主动悬架系统的控制设计202
8.10结论209
参考文献209
第9章基于磁流变阻尼器的半主动悬架系统的滑模控制器设计214
9.1简介214
9.2带MR阻尼器的半主动悬架系统的控制216
9.2.1可变节流阀216
9.2.2MR阻尼器218
9.3半主动悬架系统的模型跟随滑模控制器220
9.3.1系统模型与问题220
9.3.2滑模控制器221
9.3.3仿真结果223
9.4具有描述功能方法的滑模控制器224
9.4.1问题表述225
9.4.2集成滑模控制225
9.4.3用描述函数方法重新设计继电器输入227
9.4.4仿真条件228
9.4.5开关功能极限周期的精度229
9.4.6改善由无源约束引起的劣化231
9.4.7验证抗参数变化的鲁棒性232
9.5半主动悬架系统的VSS观察器233
9.5.1装置233
9.5.2问题表述234
9.5.3VSS观测器的设计235
9.5.4数值模拟237
参考文献241
第10章车辆主动悬架控制器和参数联合设计244
10.1概述244
10.2问题表述245
10.3系统联合设计247
10.4仿真结果250
10.5结论255
参考文献255
第11章CAE环境下车辆悬架系统控制方法259
11.1引言259
11.2机电悬架系统分类260
11.3设计开发流程261
11.4主动悬架系统建模263
11.4.1状态空间中的系统模型264
11.4.2主动悬架数字系统合成266
11.4.3采用PID控制器的主动悬架控制268
11.4.4采用神经网络的主动悬架控制272
11.5结论277
参考文献278
第12章基于线性矩阵不等式的车辆发动机机体时滞系统振动控制281
12.1引言281
12.2车辆发动机机体系统284
12.3问题表述288
12.4主要结果289
12.4.1状态反馈控制设计289
12.4.2输出反馈控制设计296
12.5仿真结果297
12.6结论303
参考文献304
第13章非线性车辆悬架系统的频域分析与设计307
13.1引言307
13.2系统模型和输出频率响应函数(OFRF)方法309
13.2.1系统模型309
13.2.2系统输出频率响应函数的确定311
13.2.3优化和系统分析314
13.2.4结论319
13.3比较研究319
13.3.1现有的非线性阻尼特性319
13.3.2基于OFRF分析方法的阻尼特性设计320
13.3.3对比研究322
13.3.4动力学模型验证328
13.3.5结论330
13.4在动态车辆模型上的应用330
13.4.1动态车辆模型330
13.4.2仿真研究332
13.4.3总结338
13.5结论和未来工作338
参考文献339
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