车辆与运载学院

SCHOOL OF VEHICLE AND MOBILITY

米兰理工大学Sergio Matteo SAVARESI教授谈“Electronic-suspensions control in vehicles: current status and future trends”

2018年11月22日,汽车系第222期学术沙龙在清华大学汽研所301举行。本期沙龙邀请到米兰理工大学Sergio Matteo SAVARESI教授做了“Electronic-suspensions control in vehicles: current status and future trends”专题演讲。

本次沙龙中,Savaresi教授对车用电子悬架(electronic-suspensions)的基本概念和分类、发展与现状、未来趋势和面临的挑战进行了详细的介绍。

悬架由阻尼元件和弹性元件作为基本组成部分,在汽车行驶时起到“低通滤波器”的作用,从而减小乘员的体感加速度、保证轮胎与地面之间的附着力,满足汽车的动力性和安全性要求。悬架有几种不同的分类方法,例如,根据悬架自适应调节的能力可分为被动悬架(passive suspension)、半主动悬架(semi-active suspension)和主动悬架(active suspension),根据瞬时速度的大小,在有能量输入的情况下可以分为负荷调平悬架(load-levelling suspension)、慢主动悬架(slow active suspension)和全主动悬架(full active suspension),无能量输入的情况下可以分为自适应悬架(adaptive suspension)和半主动悬架(semi-active suspension)。

传统悬架经历了两代发展,第一代为气液联动式悬架(Hydro pneumatic suspension),在20世纪60年代的雪铁龙DS上有所应用,第二代的空气悬架(Pneumatic suspension)静摩擦力基本为0,因而NVH性能出色。半主动悬架最早应用于20世纪 80年代的蓝旗亚法拉利Thema 8.32上,其阻尼比的变化响应时间很快,约为10ms,但由于路面的激励难以预测,因此最优控制算法的设计比较困难。主动悬架最开始在20世纪80年代的莲花Esprit上应用,由于是线性系统所以其算法设计比半主动悬架更加简单。

展望未来,Savaresi教授认为,全电磁悬架(Full electro-magnetic suspension, EM),EM技术使用直线无刷电机,目前已有企业研发出原型样机,其性能表现优异,功耗中等,但质量和尺寸有额外的增加,成为EM悬架的一大限制,此外EM悬架还面临高压管理和热管理等技术问题。因此下一步的悬架技术选择需要进行一定的性能牺牲,最可能的发展类型是多室空气弹簧(multi-chamber air-spring)。一般来说,由于阻尼元件对激励的响应更快、更有效,且成本低,我们将半主动悬架的技术研究聚焦于阻尼元件上,而忽略了对弹簧刚度的半主动控制。多室空气弹簧可以实现对弹力的快速调节,时间仅为10-20ms,对舒适度的提升也有所助益,其不足点在于不能完全发挥悬架的潜能。未来的悬架系统部件除了传统应用的弹簧和阻尼元件之外,还可考虑形状记忆合金,目前需要关注的是形状记忆合金的形变-回复时间不对称的问题。随着自动驾驶汽车的发展,未来的电子悬架面临新的机遇和挑战,自动驾驶汽车更强调舒适性而对转向和动力性的要求降低。汽车领域之外,电子悬架也在其他领域进行应用,如对性能要求越来越高的公路自行车、未来出行中新的智能化代步工具等。总之,随着新技术、新需求(自动驾驶汽车)、新车辆(除了传统汽车)的发展,再加上其他子系统如横纵向控制、智能轮胎、V2X等技术的应用,电子悬架的研究领域正在不断拓展。

Sergio Matteo SAVARESI教授,意大利米兰理工大学电机工程硕士,布雷西亚大学应用数学硕士,米兰理工大学控制工程博士,1996-2002年,曾先后于瑞士隆德大学、荷兰特温特大学、澳大利亚国立大学、美国斯坦福大学、明尼苏达大学、奥地利林茨大学等院校访学。2006年至今,作为米兰理工大学教授,担任电子、计算机科学与生物工程系副主任、系统和控制研发团队主席等职位,培养了40余名博士和200余名硕士。主要研究领域为车辆控制、系统与控制、系统识别、机电一体化、非线性控制、振动控制以及自动化控制的工业应用等领域。

本次学术沙龙活动由汽车系危银涛老师主持,吸引了120名师生前来参加。对于电子悬架的研究引起了在座师生的极大兴趣,互动环节中在座师生积极与Savaresi教授交流,所交流的问题包括对EH、ER、MR悬架的响应时间比较,电子悬架在商用车中的应用等问题,Savaresi教授对这些问题进行了更加详细的解释说明,让大家对电子悬架研究有了更深的理解。