汽車(chē)非線性主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車(chē)懸架系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種車(chē)輛非線性主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模 糊控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 懸架系統(tǒng)是汽車(chē)的重要組成部分之一，汽車(chē)懸架系統(tǒng)是指連接車(chē)架（或車(chē)身）與 車(chē)橋（或車(chē)輪）之間彈性連接的部件，主要由彈性元件、導(dǎo)向裝置及減振器三個(gè)基本部分組 成，汽車(chē)懸架的作用主要是緩和、抑制由不平路面引起的振動(dòng)和沖擊，保證乘員乘坐舒適性 和所運(yùn)貨物完好；此外，除傳遞汽車(chē)垂直力外，還傳遞其他各方向的力和力矩，并保證車(chē)輪 和車(chē)身（或車(chē)架）之間有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車(chē)具有良好的駕駛性能。因此，汽車(chē)懸架系 統(tǒng)是影響乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的重要部件。
[0003] 目前，模糊控制器都采用整數(shù)階的運(yùn)算處理信號(hào)作為輸入。模糊控制器雖然方法 簡(jiǎn)單，可適用于非線性、時(shí)變和滯后系統(tǒng)，且具有一定的自適應(yīng)能力，但其性能完全依靠專 家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一旦控制器的規(guī)則及參數(shù)確定后，控制則按特定的規(guī)則方式處理，故汽車(chē)懸架 系統(tǒng)控制性能不能很好適于各種行駛工況要求。對(duì)于上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)方案主要采取自 動(dòng)調(diào)整模糊控制器中論域比例因子、量化因子或直接修改模糊關(guān)系矩陣的手段。然而，比例 因子與量化因子存在相互制約影響，而后者也面臨計(jì)算量較大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，該控制方法僅對(duì)模糊控 制器輸入量的分?jǐn)?shù)階微分運(yùn)算的階次參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，可避免現(xiàn)有技術(shù)方案比例因子與 量化因子存在相互制約、計(jì)算量大的困難，具有控制精確、計(jì)算效率的特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，包括以下步 驟：
[0006] A、建立主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型，預(yù)設(shè)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)控制期望，檢測(cè)懸架系統(tǒng)狀 態(tài)信號(hào)，根據(jù)狀態(tài)控制期望計(jì)算獲得控制誤差信號(hào)，定義控制誤差信號(hào)的分?jǐn)?shù)階微分信 號(hào)；
[0007] B、設(shè)計(jì)模糊控制器，該模糊控制器采用控制誤差信號(hào)及其分?jǐn)?shù)階微分信號(hào)作為輸 入量，懸架控制力作為控制器輸出；
[0008] C、對(duì)受模糊控制器作用的主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型進(jìn)行路面沖擊載荷模擬，選取并檢測(cè) 懸架系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)并確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，將評(píng)價(jià)指標(biāo)及其加權(quán)系數(shù)代入 綜合性能指標(biāo)函數(shù)，通過(guò)懸架系統(tǒng)控制計(jì)算，確定出使得綜合性能指標(biāo)函數(shù)具有最小值的 分?jǐn)?shù)階微分階次參數(shù)，根據(jù)該分?jǐn)?shù)階微分階次參數(shù)確定該控制誤差信號(hào)分?jǐn)?shù)階微分的表達(dá) 式；
[0009] D、將控制誤差信號(hào)及其分?jǐn)?shù)階微分信號(hào)作為模糊控制器的輸入信號(hào)，得到模糊控 制器的懸架控制力輸出，根據(jù)輸出的懸架控制力完成對(duì)實(shí)際主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制。
[0010] 所述的主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模型為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，其特征在于包括以下步驟： A、 建立主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型，預(yù)設(shè)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)控制期望，檢測(cè)懸架系統(tǒng)狀態(tài)信 號(hào)，根據(jù)狀態(tài)控制期望計(jì)算獲得控制誤差信號(hào)，定義控制誤差信號(hào)的分?jǐn)?shù)階微分； B、 設(shè)計(jì)模糊控制器，該模糊控制器采用控制誤差信號(hào)及其分?jǐn)?shù)階微分信號(hào)作為輸入 量，懸架控制力作為控制器輸出； C、 對(duì)受模糊控制器作用的主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型進(jìn)行路面沖擊載荷模擬，選取并檢測(cè)懸架 系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)并確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，將評(píng)價(jià)指標(biāo)及其加權(quán)系數(shù)代入綜合 性能指標(biāo)函數(shù)，通過(guò)懸架系統(tǒng)控制計(jì)算，確定出使得綜合性能指標(biāo)函數(shù)具有最小值的分?jǐn)?shù) 階微分階次參數(shù)，根據(jù)該分?jǐn)?shù)階微分階次參數(shù)確定該控制誤差信號(hào)分?jǐn)?shù)階微分的表達(dá)式； D、 將控制誤差信號(hào)及其分?jǐn)?shù)階微分信號(hào)作為模糊控制器的輸入信號(hào)，得到模糊控制器 的懸架控制カ輸出，根據(jù)輸出的懸架控制力完成對(duì)實(shí)際主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制。
2. 如權(quán)利要求1所示的汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，其特征在子：所述的主動(dòng)
式中，Hl1和Hl2分別表示1/4車(chē)身質(zhì)量和輪胎質(zhì)量，C為懸架阻尼系數(shù)，Ic1和k2分別是 懸架彈簧剛度和輪胎剛度，e為彈簧的非線性系數(shù)，U代表主動(dòng)控制力，Xl、X2分別表示車(chē) 身位移和輪胎位移，q為路面位移輸入。
3. 如權(quán)利要求2所示的汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟A包 括以下的步驟： 建立主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型，將車(chē)身垂直振動(dòng)速度趨于零作為懸架系統(tǒng)控制期望，檢測(cè)車(chē) 身垂直振動(dòng)位移，根據(jù)狀態(tài)控制期望計(jì)算獲得垂直振動(dòng)速度控制誤差信號(hào)，并定義其分?jǐn)?shù) 階微分表達(dá)式； 所述的垂直振動(dòng)速度控制誤差e及其分?jǐn)?shù)階微分是通過(guò)以下公式計(jì)算的： e= -dXi/dt，其分?jǐn)?shù)階微分ち=￡>> = -Z),1 'V1; 其中X1表示車(chē)身垂直位移，Aa為分?jǐn)?shù)階微分算子，aG(0，1)為分?jǐn)?shù)階次參數(shù)；當(dāng)采
4. 如權(quán)利要求3所述的汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟B包 括以下的步驟： (1) 取模糊化的輸入變量為e和e。，e和e。所對(duì)應(yīng)的模糊語(yǔ)言變量分別為E和E輸出 是懸架系統(tǒng)的懸架控制カUf，對(duì)應(yīng)的模糊語(yǔ)言變量為Uf; (2) E、Eg和UF的模糊集均為{負(fù)大（NB)，負(fù)中（NM)，負(fù)?。∟S)，零（ZO)，正?。≒S)，正 中（PM)，正大（PB)}; (3)E、Ec和Uf的論域分另Ij為：{-0.3,-0.2,-0.1，0,0.1，0. 2, 0,3}， {-3, -2, -1，0, 1，2, 3}，{-1050, -700, -350, 0, 350, 700, 1050}; (4) e、e。和uf的隸屬函數(shù)采用Z型函數(shù)、Sigmoid型函數(shù)和三角形函數(shù)相結(jié)合； (5) 對(duì)模糊輸入變量根據(jù)模糊控制規(guī)則表進(jìn)行模糊推理產(chǎn)生模糊輸出，E、E。和UF的模 糊控制規(guī)則表如表1所示： 表1模糊控制規(guī)則表
(6) 模糊控制器的輸出采用面積重心法解模糊化后得到。
5. 如權(quán)利要求4所述的汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟C包 括以下的步驟： 選取并檢測(cè)懸架系統(tǒng)狀態(tài)反饋信號(hào)，并選取車(chē)身垂直振動(dòng)加速度Xi、懸架動(dòng)行程 (X1-X2)以及輪胎形變（x2_q)為車(chē)輛懸架控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立如下的ITSE綜合性能指 標(biāo)函數(shù)：
式中：W1, w2, W3分別表示垂直振動(dòng)加速度、懸架動(dòng)行程和輪胎形變的加權(quán)系數(shù)，q為路 面位移輸入； 預(yù)設(shè)后ル，w2,W3后，對(duì)受模糊控制器作用的主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型進(jìn)行路面沖擊載荷模擬， 在aG(0，1]的范圍內(nèi)，通過(guò)懸架系統(tǒng)控制模擬計(jì)算，建立起綜合性能指標(biāo)函數(shù)I(t)與分 數(shù)階微分階次參數(shù)a的關(guān)系曲線，取使得I(t)具有最小值的a值作為最優(yōu)分?jǐn)?shù)階次參 數(shù)，進(jìn)而確定出垂直振動(dòng)速度控制誤差e的分?jǐn)?shù)階微分表達(dá)式。
6. 如權(quán)利要求5所述的汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟D包 括以下的步驟：將垂直振動(dòng)速度控制誤差信號(hào)e及其分?jǐn)?shù)階微分信號(hào)e。輸入模糊控制器， 根據(jù)輸出的懸架控制力Uf實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制。
【專利摘要】本發(fā)明旨在提供一種汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制方法，包括以下步驟：A、建立主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型，預(yù)設(shè)主動(dòng)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)控制期望，定義控制偏差信號(hào)的分?jǐn)?shù)階微分；B、設(shè)計(jì)模糊控制器，該模糊控制器采用控制誤差信號(hào)及其分?jǐn)?shù)階微分作為輸入量，懸架控制力作為控制器輸出；C、對(duì)受模糊控制器作用的主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型進(jìn)行路面沖擊載荷模擬，根據(jù)綜合性能指標(biāo)函數(shù)確定控制誤差信號(hào)的分?jǐn)?shù)階微分階次參數(shù)；D、將控制誤差信號(hào)及其分?jǐn)?shù)階微分作為模糊控制器的輸入變量，得到模糊控制器的輸出控制力，完成對(duì)實(shí)際主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制。本發(fā)明控制方法可避免現(xiàn)有技術(shù)方案比例因子與量化因子存在相互制約、計(jì)算量大的困難，具有控制精確、計(jì)算效率的特點(diǎn)。
【IPC分類】B60G17-018
【公開(kāi)號(hào)】CN104626914
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410851847
【發(fā)明人】高遠(yuǎn), 范健文, 王雨濤, 孔峰, 潘盛輝, 袁海英
【申請(qǐng)人】廣西科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日