汽車非線性主動懸架系統的模糊控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汽車懸架系統控制領域，具體涉及一種車輛非線性主動懸架系統的模 糊控制方法。
【背景技術】
[0002] 懸架系統是汽車的重要組成部分之一，汽車懸架系統是指連接車架（或車身）與 車橋（或車輪）之間彈性連接的部件，主要由彈性元件、導向裝置及減振器三個基本部分組 成，汽車懸架的作用主要是緩和、抑制由不平路面引起的振動和沖擊，保證乘員乘坐舒適性 和所運貨物完好；此外，除傳遞汽車垂直力外，還傳遞其他各方向的力和力矩，并保證車輪 和車身（或車架）之間有確定的運動關系，使汽車具有良好的駕駛性能。因此，汽車懸架系 統是影響乘坐舒適性和操縱穩定性的重要部件。
[0003] 目前，模糊控制器都采用整數階的運算處理信號作為輸入。模糊控制器雖然方法 簡單，可適用于非線性、時變和滯后系統，且具有一定的自適應能力，但其性能完全依靠專 家經驗設計，一旦控制器的規則及參數確定后，控制則按特定的規則方式處理，故汽車懸架 系統控制性能不能很好適于各種行駛工況要求。對于上述問題，現有技術方案主要采取自 動調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，而后者也面臨計算量較大的困難。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在提供一種汽車主動懸架系統的模糊控制方法，該控制方法僅對模糊控 制器輸入量的分數階微分運算的階次參數進行優化選擇，可避免現有技術方案比例因子與 量化因子存在相互制約、計算量大的困難，具有控制精確、計算效率的特點。
[0005] 本發明的技術方案如下：一種汽車主動懸架系統的模糊控制方法，包括以下步 驟：
[0006] A、建立主動懸架系統模型，預設主動懸架系統的狀態控制期望，檢測懸架系統狀 態信號，根據狀態控制期望計算獲得控制誤差信號，定義控制誤差信號的分數階微分信 號；
[0007] B、設計模糊控制器，該模糊控制器采用控制誤差信號及其分數階微分信號作為輸 入量，懸架控制力作為控制器輸出；
[0008] C、對受模糊控制器作用的主動懸架系統模型進行路面沖擊載荷模擬，選取并檢測 懸架系統控制性能評價指標并確定各評價指標的加權系數，將評價指標及其加權系數代入 綜合性能指標函數，通過懸架系統控制計算，確定出使得綜合性能指標函數具有最小值的 分數階微分階次參數，根據該分數階微分階次參數確定該控制誤差信號分數階微分的表達 式；
[0009] D、將控制誤差信號及其分數階微分信號作為模糊控制器的輸入信號，得到模糊控 制器的懸架控制力輸出，根據輸出的懸架控制力完成對實際主動懸架系統的控制。
[0010] 所述的主動懸架系統的模型為
【主權項】
1. 一種汽車主動懸架系統的模糊控制方法，其特征在于包括以下步驟： A、 建立主動懸架系統模型，預設主動懸架系統的狀態控制期望，檢測懸架系統狀態信 號，根據狀態控制期望計算獲得控制誤差信號，定義控制誤差信號的分數階微分； B、 設計模糊控制器，該模糊控制器采用控制誤差信號及其分數階微分信號作為輸入 量，懸架控制力作為控制器輸出； C、 對受模糊控制器作用的主動懸架系統模型進行路面沖擊載荷模擬，選取并檢測懸架 系統控制性能評價指標并確定各評價指標的加權系數，將評價指標及其加權系數代入綜合 性能指標函數，通過懸架系統控制計算，確定出使得綜合性能指標函數具有最小值的分數 階微分階次參數，根據該分數階微分階次參數確定該控制誤差信號分數階微分的表達式； D、 將控制誤差信號及其分數階微分信號作為模糊控制器的輸入信號，得到模糊控制器 的懸架控制カ輸出，根據輸出的懸架控制力完成對實際主動懸架系統的控制。
2. 如權利要求1所示的汽車主動懸架系統的模糊控制方法，其特征在子：所述的主動
式中，Hl1和Hl2分別表示1/4車身質量和輪胎質量，C為懸架阻尼系數，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，U代表主動控制力，Xl、X2分別表示車 身位移和輪胎位移，q為路面位移輸入。
3. 如權利要求2所示的汽車主動懸架系統的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟A包 括以下的步驟： 建立主動懸架系統模型，將車身垂直振動速度趨于零作為懸架系統控制期望，檢測車 身垂直振動位移，根據狀態控制期望計算獲得垂直振動速度控制誤差信號，并定義其分數 階微分表達式； 所述的垂直振動速度控制誤差e及其分數階微分是通過以下公式計算的： e= -dXi/dt，其分數階微分ち=￡>> = -Z),1 'V1; 其中X1表示車身垂直位移，Aa為分數階微分算子，aG(0，1)為分數階次參數；當采
4. 如權利要求3所述的汽車主動懸架系統的模糊控制方法，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。所對應的模糊語言變量分別為E和E輸出 是懸架系統的懸架控制カUf，對應的模糊語言變量為Uf; (2) E、Eg和UF的模糊集均為{負大（NB)，負中（NM)，負小（NS)，零（ZO)，正小（PS)，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的隸屬函數采用Z型函數、Sigmoid型函數和三角形函數相結合； (5) 對模糊輸入變量根據模糊控制規則表進行模糊推理產生模糊輸出，E、E。和UF的模 糊控制規則表如表1所示： 表1模糊控制規則表
(6) 模糊控制器的輸出采用面積重心法解模糊化后得到。
5. 如權利要求4所述的汽車主動懸架系統的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟C包 括以下的步驟： 選取并檢測懸架系統狀態反饋信號，并選取車身垂直振動加速度Xi、懸架動行程 (X1-X2)以及輪胎形變（x2_q)為車輛懸架控制性能評價指標，建立如下的ITSE綜合性能指 標函數：
式中：W1, w2, W3分別表示垂直振動加速度、懸架動行程和輪胎形變的加權系數，q為路 面位移輸入； 預設后ル，w2,W3后，對受模糊控制器作用的主動懸架系統模型進行路面沖擊載荷模擬， 在aG(0，1]的范圍內，通過懸架系統控制模擬計算，建立起綜合性能指標函數I(t)與分 數階微分階次參數a的關系曲線，取使得I(t)具有最小值的a值作為最優分數階次參 數，進而確定出垂直振動速度控制誤差e的分數階微分表達式。
6. 如權利要求5所述的汽車主動懸架系統的模糊控制方法，其特征在于，所述步驟D包 括以下的步驟：將垂直振動速度控制誤差信號e及其分數階微分信號e。輸入模糊控制器， 根據輸出的懸架控制力Uf實現對實際主動懸架系統的控制。
【專利摘要】本發明旨在提供一種汽車主動懸架系統的模糊控制方法，包括以下步驟：A、建立主動懸架系統模型，預設主動懸架系統的狀態控制期望，定義控制偏差信號的分數階微分；B、設計模糊控制器，該模糊控制器采用控制誤差信號及其分數階微分作為輸入量，懸架控制力作為控制器輸出；C、對受模糊控制器作用的主動懸架系統模型進行路面沖擊載荷模擬，根據綜合性能指標函數確定控制誤差信號的分數階微分階次參數；D、將控制誤差信號及其分數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，完成對實際主動懸架系統的控制。本發明控制方法可避免現有技術方案比例因子與量化因子存在相互制約、計算量大的困難，具有控制精確、計算效率的特點。
【IPC分類】B60G17-018
【公開號】CN104626914
【申請號】CN201410851847
【發明人】高遠, 范健文, 王雨濤, 孔峰, 潘盛輝, 袁海英
【申請人】廣西科技大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月31日