汽车悬架系统(Automobile Suspension System)是车辆的重要组件,优良的悬架系统可以提升车辆底盘的整体性能、改善乘客舒适度、保证行车安全。随着生活水平的进一步提高,人们对汽车的乘坐舒适性提出了更高的要求。传统的被动悬架一经设计,系统参数不能改变,限制了汽车性能的进一步提高。而主动悬架有外界向其提供能量,并能连续调节能量流,以适应广泛的外部干扰(External Disturbance),从而能很好地满足汽车舒适性的要求。主动悬架设计的核心是控制策略,其有效性以及相关数据处理方案的好坏关系到主动悬架系统性能的优劣。本论文针对汽车主动悬架系统设计中的核心问题—控制算法设计进行理论研究与仿真验证,改善乘坐舒适度和行车安全性能,主要研究内容可概括为:(1)为了能够精准地测量出悬架状态变量和不确定性,针对具有不确定性的非线性主动悬架系统设计了比例微分滑模观测器,研究了将外部扰动以及原系统状态增广到新的广义系统中的方法。利用建立的比例微分滑模观测器来对系统的状态和不确定性进行估计,根据观测器的估计值设计后续工作中相应的控制反馈策略,使得闭环系统稳定,并且能够抵消掉不确定性和外部扰动对汽车主动悬架系统产生的影响。(2)为了更好地处理非线性问题,研究了微分几何的方法对非线性悬架系统进行精确线性化,定义精确线性化后系统的滑模面函数,并用等速趋近律设计滑模控制器,然后根据滑模运动等效方程所满足的Hurwite稳定条件选取滑模面系数。进一步根据滑模面到达条件来设计模糊控制器的自适应调节切换控制增益以实现削弱滑模控制作用力的抖振效应,减少控制能耗。(3)为了保证具有不确定性的非线性主动悬架在出现故障情况下系统的稳定,提出了针对汽车主动悬架执行器故障和传感器故障进行故障检测、诊断与隔离的技术,并通过LMI优化,建立了估计误差动力学的可达性条件,方便了设计参数的确定。然后在故障重构的基础上设计了相应的容错控制器来保持悬架系统的稳定性。(4)为了实现半车悬架俯仰角快速稳定和减少悬架能耗,提出复合自适应律并设计相应的复合自适应反演控制器,与常规基于投影算子的自适应控制器进行比较,仿真结果显示复合自适应反演控制器能够有效改善汽车的乘坐舒适性,操作稳定性和行驶安全性。最后引入功率计算公式,通过仿真结果表明,复合自适应算法在节能方面优于常规的基于投影算子的自适应算法。