一種汽車懸架系統的模糊采樣數據控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于智能汽車制造領域，尤其涉及一種汽車懸架系統的模糊采樣數據控制 方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著科學技術的進步，社會經濟的發展和人民生活水平的逐步提高，人們 對汽車的需求越來越大，汽車的使用越來越普及，但是隨著高速公路的發展和人們對汽車 性能不斷的提高要求，普通的汽車懸架已經越來越不能滿足人民的高要求。除了人們都普 遍關注的發動機、軸距和排量外，駕駛舒適度以及安全性也是高檔汽車所要具備的重要性 能，而與這些重要性能指標密切相關的便是汽車懸架系統。懸架系統設計的最初期是被動 懸架，在設計好之后，不能改變其性能參數，不能夠根據路面狀況來調節阻尼系數和彈簧剛 度，其性能不能滿足人們日益增長的需求。汽車行駛的平順性和操縱穩定性是衡量汽車性 能好壞的主要指標，而它又直接受到汽車懸架系統性能好壞的影響。
[0003] 從技術上講，汽車懸架是指車架、車身與車橋之間一切傳動裝置的總稱，路面作用 于車輪上的垂直反力(支撐力），縱向反力(牽引力和制動力)和側向反力以及這些力所產生 的力矩都要通過懸架傳遞到車架(或承載式車身）。汽車懸架系統的主要作用是在傳遞這些 力和力矩的同時，緩和不平路面傳給車架或車身的沖擊載荷，抑制車輪的不規則振動，提高 車輛平順性(乘坐舒適性)和安全性(操縱穩定性）。懸架系統是影響汽車性能的關鍵部件， 建立合適的汽車懸架系統模型以及研究其控制問題對提高車輛平順性和安全性，有著非常 重要的意義，且汽車懸架系統的優化設計對車輛的總體性能有著重大的影響。近年來，針對 主動懸架系統，不同的控制方法被提出來改進懸架系統的性能，例如PID控制、線性狀態反 饋控制和模糊控制等。由于實際汽車懸架系統是一種非線性、時變的復雜物理系統，目前尚 不能對其進行精確建模，因此針對主動懸架系統的模糊控制問題成為一個極具潛力的研究 方向。但是，由于技術上的難度，已有汽車懸架系統的建模和控制問題都沒有得到較好的解 決。因此，汽車懸架系統的模糊控制技術就成為一個富有挑戰的技術問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種汽車懸架系統的模糊采樣數據控制方法，以解決汽車 懸架系統的建模和控制問題，實現汽車懸架系統的高性能控制目標，滿足駕駛過程中的高 舒適度以及高安全性。
[0005] 本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：
[0006] 1、一種汽車懸架系統的模糊采樣數據控制方法，其特征在于：它包括以下技術步 驟：
[0007] 1)應用力學原理建立起如下汽車懸架系統動態模型：
[0008]
[0009]
[0010] 其中，ms(t)為汽車底盤的彈性質量，單位為Kg;mu(t)為車輪部件的非彈性質量，單 位為Kg; u (t)為汽車懸架系統的控制輸入量，單位為N; zs (t)為叫以水平地面為起始點垂直 向上方向上的坐標位置，單位為m;zu(t)為mu以水平地面為起始點垂直向上方向上的坐標位 置，單位為m; zr( t)為以水平地面為起始點垂直向上方向上路面接觸點坐標位置，單位為m; cs為汽車懸架系統的阻尼系數，單位為N/(m/s);ks為汽車懸架系統的硬度系數，單位為N/m; ct為汽車輪胎的阻尼系數，單位為N/(m/s);kt為汽車輪胎的硬度系數，單位為N/m;
[0011] 2)基于汽車的機械結構特性和可允許乘客數目及質量的變化情況，確定出叫⑴ 矛口IIlu ( t)的變化?? 圍為:His (t ) G [Hlsmin，Hlsmax]和Hlu (t ) G [Hlumin，Hlumax];
[0012] 3)考慮與高舒適度和高安全性相關的主要影響因素，構造如下兩個物理量來用于 評價控制方法的性能優劣，
[0015] 其中，g為重力常數，單位為N/Kg; zmax為汽車懸架系統的最大偏移量，單位為m;且 有 | Zs(t)-Zu(t) I < Zmax和kt(Zu(t)-Zr(t))<(ms(t)+m u(t))g同時成立；
[0016] 4)根據所述步驟1中給出的汽車懸架系統動態模型，建立起汽車懸架系統的狀態 空間模型：
[0023] 5)根據ms(t)和mu(t)的可變特性，兩個模糊前件變量選定為
，利用Takagi -Sugeno模糊模型建模規則建立汽車懸架系統的模糊狀態空間模 型：
[0050] 6)根據模糊建模方法，得到整體性的汽車懸架系統的模糊狀態空間模型：
[0052] 其中，111(|(1:))=]\11(|1(1:))\1'11(|2(1:))，112(|(1:))=]\11(|1(1:))\吣（|2(1:))
[0053] Ι?3(ξ(?) ) =Μ2(ξ?(?) ) ΧΝ?(ξ2(?) )，1?4(ξ(?) ) =Μ2(ξ?(?) ) ΧΝ2(ξ2(?))。
[0054] 7)針對步驟6所述整體性的汽車懸架系統的模糊狀態空間模型，設計一種模糊采 樣數據控制器：
[0056]其中，1^、1(2、1(3、1(4為對應相應模糊規則的1\3維控制增益矩陣，它們的計算公式 為而二卩，、這里，F1、F2、F3、F4為1X3維矩陣，P為3X3維對 稱正定矩陣，且它們通過求解滿足如果線性矩陣不等式條件來獲得：
[0057] Φ?<0，? = 1，2,3,4; (12)
[0065] {SaJl為矩陣C2i的第一行的轉置向量，{(??為矩陣C2i的第二行的轉置向量，h為 控制系統相鄰采樣時刻的最大間隔，即tk+1_tk < h，單位為s ; Θ和p為設計者根據汽車懸架系 統的高性能控制目標來給定的值，且由經驗值給出；γ為采用所述模糊采樣控制器得到的 控制系統對于外部干擾的抑制指標參考值，其為無量綱數，其值大小可由汽車的使用者在 容許范圍內按照自身需求來調節設定；
[0066] 8)使用所述步驟7)中給出的模糊采樣數據控制器進行汽車懸架系統的在線控制， 使得閉環系統漸近穩定且滿足對于外部干擾的抑制指標小于參考值γ。
[0067] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：提出一種汽車懸架系統的模糊采樣數據 控制方法，從汽車懸架系統的模糊建模和控制設計兩個方面入手進行協調優化設計，能夠 實現汽車懸架系統的高性能控制目標，滿足駕駛過程中的高舒適度以及高安全性；同時該 方法不需要獲取汽車懸架系統精確的數學模型參數并且魯棒性強，簡易可行，完全滿足汽 車懸架系統在線控制的實時性要求;進一步，其關鍵控制參數γ可以由汽車的使用者在容 許范圍內按照自身需求來調節設定，實現了用戶駕乘體驗的個性自主化，在解決技術問題 的同時彰顯了以客戶為中心的設計理念。
【附圖說明】
[0068]圖1為本發明實施例的流程圖。
[0069] 圖2為本發明控制方法投入前的汽車懸架系統開環響應曲線圖。
[0070] 圖3為本發明控制方法投入后的汽車懸架系統閉環響應曲線圖。
【具體實施方式】
[0071] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以 更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0072] 圖1為本發明實施例的流程圖，它包括以下步驟：
[0073] 1)應用力學原理建立起汽車懸架系統動態模型；
[0074] 2)基于汽車的機械結構特性和可允許乘客數目及質量的變化情況，確定出汽車底 盤的彈性質量m s(t)和輪部件的非彈性質量mu(t)的變化范圍；
[0075] 3)考慮與高舒適度和高安全性相關的主要影響因素，構造兩個關鍵物理量來用于 評價控制方法的性能優劣；
[0076] 4)根據所述步驟1)中給出的汽車懸架系統動態模型，建立起汽車懸架系統的狀態 空間模型；
[0077] 5)根據ms(t)和mu(t)的可變特性，兩個模糊前件變量選定為
利用Takagi-Sugeno模糊模型建模規則建立汽車懸架系統的模糊狀態空間模 型；
[0078] 6)根據模糊建模方法，得到整體性的汽車懸架系統的模糊狀態空間模型；
[0079] 7)針對步驟6)所述整體性的汽車懸架系統的模糊狀態空間模型，設計一種模糊采 樣數據控制器；
[0080] 8)使用所述步驟7)中給出的模糊采樣數據控制器進行汽車懸架系統的在線控制。
[0081] 基于本發明的一種汽車懸架系統的模糊采樣數據控制方法可用于各類汽車懸架 系統的控制。以下以兩自由度的1/4之一汽車懸架系統為例，汽車懸架系統就是指由車身與 輪胎間的彈簧和避震器組成整個支持系統。懸掛系統應有的功能是支持車身，改善乘坐的 感覺，不同的懸掛設置會使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡單的懸掛系統綜合多種 作用力，決定著轎車的穩定性、舒適性和安全性，是現代轎車十分關鍵的部件之一。主動懸 架是近十幾年發展起來的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集了力學和電子學的技術知 識，是一種比較復雜的高技術裝置。例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系 統的中樞是一個微電腦，懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動 油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接 收這些數據并與預先設定的臨界值進行比較，選擇相應的懸架狀態。同時，微電腦獨立控制 每一只車輪上的執行元件，通過控制減振器內油壓的變化產生抽動，從而能在任何時候、任 何車輪上產生符合要求的懸架運動。
[0082] 具體地，本發明涉及的汽車懸架系統的模糊采樣數據控制方法的具體工作過程 為：
[0083] 1)應用力學原理建立起如下汽車懸架系統動態模型：
[0086] 其中，ms(t)為汽車底盤的彈性質量，單位為Kg;mu(t)為車輪部件的非彈性質