7.1 概述
悬架系统是指车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称。一般由弹性元件、减振装置和导向机构组成，有些还装有横向稳定杆、缓冲块等。
悬架系统的基本功能可以归纳为以下几条：
1. 缓和路面不平的冲击，使汽车行驶平顺、乘坐舒适；
2. 车轮跳动时使车轮定位参数变化小，保证良好的操纵稳定性；
3. 使车轮与地面有良好附着性，较小车轮动载变化，以保证良好的安全性。汽车动力系统
悬架按控制力学的角度可以分为被动悬架和主动悬架两大类。被动悬架即常规悬架，按导向机构型式又可分为非独立悬架、独立悬架、复合式悬架(半刚性悬架)三种[3]。主动悬架可分为全主动式悬架、半主动悬架、主动阻尼式悬架几种。下面首先介绍一下各种被动悬架的特点，主动悬架将在本章第4节中详细介绍。
非独立悬架的特点是左右车轮用一根刚性轴连接起来，并通过悬架与车身(或车架)相连。其典型代表是纵置板簧式悬架。其优点是结构简单，制造成本低，维修方便；其缺点是非簧载质量大，所需空间大，而且容易产生陀螺效应，引起前轮摆振。
独立悬架的特点是左右车轮不连在一根车轴上，单独通过悬架与车身(或车架)相连，每个车轮能独立上下运动。独立悬架有双横臂式、麦克弗逊式、纵臂式、斜臂式等几种。其优点是非簧载质量小，不易产生陀螺效应，发动机、行李箱布置空间大，而且越野性好；缺点是结构复杂，成本高。
图 7-1 复合式悬架示图
复合式悬架由焊在一根横梁上的2根纵向摆臂组成(见图9-1)。这根横梁承受所有的垂直力和侧向力产生的力矩，并且必须可扭转，同时起到横向稳定杆的作用[9]。其优点是整个车轴便于拆装，行李箱空间大，车轮上下跳动时，前束、轮距几乎不产生变化等；其缺点是侧倾中心低，易产生过多转向(利用轨迹校正轴承加以克服)。
根据汽车整车性能对悬架的要求，通常用以下三个参数来评价悬架的优劣，即：
车身垂直加速度(舒适性)；
车轮相对动载(安全性)；
弹簧行程(弹簧寿命)。
在设计时，这三个量应尽可能小，但在客观上存在矛盾，特别是对常规的被动悬架而言。
图9-2示出了车身加速度车轮相对动载和弹簧行程()与阻尼比(相对阻尼系数)之间的关系，图中曲线走向表示，只是弹簧行程()曲线是随阻尼比单调变化，阻尼比愈大，所要求的弹簧行程愈小，相反，对于车身加速度和车轮动载而言，可到一个最佳阻尼比值。然而对车身加速度和车轮动载的最佳阻尼比值也是不同的，前者为0.18，后者为0.4以上，故设计人员只能从中采取拆衷方案。
v=25m/s
图 7-2、和()与阻尼比关系
要比较好的解决上述矛盾，采用主动式悬架是理想的途径，所以下面讨论用现代控制理论为基础的主动式悬架的动力学问题。
7.2 线性控制概论
在本节中将简要介绍一下线性控制理论知识，以作为后续几节的基础。
我们知道，经典控制理论常用传递函数来分析控制系统的动态特性。传递函数可用下式表示：
(7-1)
经典控制理论的局限性就在于，它要求初始条件必须为零；并只能适用于单输入、单输出的线性定常系统，只能展现给定输入的系统输出，而不能提供系统内部状态有关的信息、状态，有时系统输出是稳定的，但其内部的某些参数可能有超出额定值的趋势。由此可见，我们需要一种描述系统的更一般的数学表达式，与输出一道给出沿信号流的一些确
定点上系统变量的状态信息。上述想法导致了状态变量法的产生，它是一种直接的时域法，并为现代控制理论和系统最优化打下基础。
下面介绍状态变量法的一些基本概念。
状态 系统的状态就是指系统过去、现在和将来的状况。
状态变量 系统的状态变量是指足以完全表征系统运动的最小个数的一组变量。一个用n阶微分方程描述的系统，就有几个独立变量：。当这n个独立变量的时间响应都求得时，则系统的运动状态也就完全被揭示。因此，系统的状态变量就是几阶系统的几个独立变量。而对于同一个系统，状态变量的选取并不是唯一的，关键是这些变量要相互独立，而且其个数等于微分方程的阶数。由于微分方程的阶数唯一取决于一般物理系统(如弹簧-质量-阻尼系统)中独立储能元件的个数，所以状态变量的个数就应等于系统独立储能元件的个数。
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