1. 半车主动悬架ADRC控制方案概述

在车辆底盘控制领域，半车悬架模型一直是个经典的研究对象。不同于简单的四分之一车模型，半车模型同时考虑了车身垂向和俯仰两个自由度的运动特性，更接近真实车辆的动力学行为。这次我们要实现的是基于自抗扰控制(ADRC)的主动悬架系统，并与传统PID控制进行性能对比。

主动悬架的核心价值在于能够根据路面激励实时调整悬架力，从而显著改善车辆的平顺性和操纵稳定性。而ADRC作为一种新兴的控制策略，其最大特点是能够通过扩张状态观测器(ESO)实时估计并补偿系统内外部扰动，这对于处理路面激励这种不可测干扰具有天然优势。

我们构建的仿真系统包含以下几个关键部分：

• 四自由度半车动力学模型（车身垂向、俯仰+前后车轮垂向运动）
• 前后悬架独立的ADRC控制器
• 正弦路面激励输入（前轮10cm幅值，后轮带时滞）
• 性能评估指标（车身加速度、悬架动挠度、轮胎动变形）

2. 半车悬架建模与ADRC原理

2.1 四自由度半车模型构建

在Simulink中搭建的半车模型包含以下关键组件：

1. 车身动力学：

   • 垂向运动：m*ẍ = Ff + Fr - mg
   • 俯仰运动：I*θ̈ = aFf - bFr
     （其中a、b分别为前后轴到质心的距离）

2. 悬架系统：

   • 前后悬架采用相同的弹簧-阻尼-执行器结构
   • 执行器力作为控制输入u
   • 悬架动挠度δ = x - xw - lθ （l为悬架安装点到质心的水平距离）

3. 轮胎模型：

   • 简化为线性弹簧：F_tire = kt(xw - q)
   • q为路面不平度输入

matlab复制% 典型参数示例（单位SI制）
m = 1200;       % 车身质量(kg)
I = 2100;       % 俯仰惯量(kg·m²)
kf = 25000;     % 前悬架刚度(N/m)
kr = 28000;     % 后悬架刚度(N/m)
cf = 1500;      % 前悬架阻尼(N·s/m) 
cr = 1800;      % 后悬架阻尼(N·s/m)
ktf = 200000;   % 前轮胎刚度(N/m)
ktr = 200000;   % 后轮胎刚度(N/m)