车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法
【专利摘要】本发明公开一种车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法。该方法将基于遗传算法权值优化的最优控制器与模糊控制器并联输出，并联输出信号通过一个耦合增益因子模糊自适应调节的耦合作用环节后获得悬架控制系统的复合控制作用力。本发明复合控制方法能实现最优控制方法与模糊控制方法间优势互补，具有更好的控制效果，且在不同等级路面和车速的行驶工况条件下，相比单一的最优控制和模糊控制方法，能更有效地降低车身垂直振动加速度和悬架动行程，在提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性方面具有明显优势。
【专利说明】车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车悬架系统控制领域，具体涉及一种车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法。
【背景技术】
[0002]悬架系统是汽车的重要组成部分之一。汽车悬架系统是指连接车架(或车身)与车桥(或车轮)之间弹性连接的部件。主要由弹性元件、导向装置及减振器三个基本部分组成。汽车悬架的作用主要是缓和、抑制由不平路面引起的振动和冲击，保证乘员乘坐舒适性和所运货物完好；此外，除传递汽车垂直力外，还传递其他各方向的力和力矩，并保证车轮和车身(或车架)之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。因此，汽车悬架系统是影响乘坐舒适性和操纵稳定性的重要部件。
[0003]实际悬架是受随机路面激励的非线性系统。当前，基于隔振理论设计的被动悬架在车辆上得以普遍应用，但其弹性和阻尼均不可调控，故难以保证车辆在各种工况下对行驶平顺性与操纵稳定性要求。包含控制执行机构、以电控技术为基础的可控悬架系统可较好地解决被动悬架系统所存在的问题。
[0004]在现有技术中，汽车悬架控制系统大都通过传感器获得车身垂直振动绝对速度、车身对车轮的相对速度、轮胎形变、悬架动行程等信号，经微处理器计算并发出控制指令，控制信号经驱动放大作用于步进电机或电液控制阀等执行机构，从而实现调节控制力或减振器阻尼系数。
[0005]控制策略是实现悬架系统最优控制的保证，也是当前悬架控制系统研究发展的一个重要方面。研究可控悬架系统控制方法，其目的是适应车辆在不同道路行驶工况下，使悬架系统满足车辆行驶平顺性与操纵稳定性要求。目前，人们针对悬架系统的控制问题，提出了较多单一控制方法，但各有优缺点。如:
[0006]( I)最优控制方法，其控制性能完全取决于控制器设计所用的加权系数，权重系数一旦确定，控制性能也就固定；同时，系统的强非线性及路面随机激励会使得系统模型结构及参数辨识困难，这使得理论模型与实际存在误差。因此，基于线性二次型最优控制算法理论设计的最优控制器缺乏控制的自适应性。另一方面，基于线性二次型最优控制算法设计的最优控制器，其控制性能完全取决于状态变量和输入变量的加权系数，目前，加权系数矩阵没有固定解析方法，完全靠设计者经验经过多次调整。这种方法不仅费时，而且无法保证获得最优权值矩阵使悬架系统达到最优。
[0007](2)模糊控制，虽然方法简单，且具有一定的自适应能力，但缺乏系统模型知识，其性能完全依靠专家经验设计，一旦控制器的规则及参数确定后，控制则按特定的规则方式处理，故控制性能不能很好适于各种行驶工况要求。
【发明内容】
[0008]本发明旨在提供一种车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，该复合控制方法能克服现有采用单一最优控制和单一模糊控制技术的缺陷，采用最优控制器与模糊控制器进行并联输出后再对并联输出信号进行模糊耦合处理，有效降低车身垂直振动加速度和悬架动行程，在提高汽车行驶平顺性和操纵稳定性方面具有明显优势。
[0009]本发明的技术方案如下:车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，包括以下步骤:
[0010]A、检测悬架系统状态反馈信号并将其作为最优控制器的输入，得到最优控制器的输出力；
[0011]B、将速度控制误差变化率作为模糊控制器的输入，得到模糊控制器的输出力；
[0012]C、将最优控制器与模糊控制器进行并联；
[0013]D、将最优控制器的输出力与模糊控制器的输出力相加后，根据相加结果产生汽车非线性悬架系统的复合控制作用力，用以控制汽车非线性悬架系统。
[0014]本发明的优选方案包括:所述的步骤D中，在将最优控制器的输出作用力与模糊控制器的输出作用力相加后，将相加结果进行耦合，耦合环节的耦合增益因子经由模糊调节器自适应调节；通过耦合得到悬架系统的复合控制作用力，用以控制汽车非线性悬架系统。
[0015]步骤A具体过程如下:
[0016]Al、非线性主动悬架系统的动力学模型如式(I):
[0017]
【权利要求】
1.一种车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于包括以下步骤: A、检测悬架系统状态反馈信号并将其作为最优控制器的输入，得到最优控制器的输出控制力； B、将速度控制误差变化率作为模糊控制器的输入，得到模糊控制器的输出控制力； C、将最优控制器与模糊控制器进行并联； D、将最优控制器与模糊控制器的输出力相加，根据相加结果产生用于控制汽车非线性悬架系统的复合控制作用力。
2.如权利要求1所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于: 所述的步骤D中，在将最优控制器与模糊控制器的输出相加后，将相加结果进行耦合，耦合环节的耦合增益因子经由模糊调节器自适应调节；耦合环节输出结果作为复合控制作用力，用以控制汽车非线性悬架系统。
3.如权利要求1或2所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于:步骤A具体过程如下: Al、非线性主动悬架系统的动力学模型如式(I):
4.如权利要求3所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于:所述步骤A3还包括对最优控制器中的加权系数a1、a2、a3和R用遗传算法进行优化，具体步骤如下: 建立遗传算法的适应度函数:
5.如权利要求1所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于:所述步骤B的具体步骤如下: (1)定义速度控制误差e=‘I /Ui，误差变化率I =deIdt = -χλ，将e和ec作为用于模糊化的输入变量，e和e。所对应的模糊语言变量分别为E和E。；输出是悬架系统的模糊控制作用力Uf，对应的模糊语言变量为Uf ； (2)E、EJUf的模糊集均为{负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB) }；
(3)E、EC 和 Uf 的论域分别为:{-emax, -2emax/3, _emax/3, O, emax/3, 2e—/3, emax}，{_e_ _2ecmax/3，ecmax/3, 0，ecmax/3, 2θ cmax/3，^cmasI，{ Ufmax， _2ufmax/3, _ufmax/3, 0, Ufmax/3, 2ufmax/3, ufmax}；其中e_，ecmax和Ufniax分别代表所限定e、e。和Uf的最大值； (4)e、ec和Uf的隶属函数采用Z型函数、Sigmoid型函数和三角形函数相结合； (5)对模糊输入变量根据模糊控制规则表进行模糊推理产生模糊输出，E、E。和Uf的模糊控制规则表如表1所示: 表1模糊控制规则表
6.如权利要求2所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于:所述的耦合过程如下: (1)、将最优控制输出和模糊控制输出并联式结合得到如下形式控制器: up=u0+uf(12); 式中，up代表并联输出，U。是最优控制器输出，Uf为模糊控制器输出； (2)、对并联输出Up进行耦合，得到最优模糊复合控制输出力u;耦合作用如式(13):
7.如权利要求6所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于:所述模糊调节器对耦合增益因子K1进行自适应调节的步骤，具体如下: (O建立单输入单输出结构的模糊调节器:输入函数S与其时间导数i的乘积H作为模糊化输入变量，K1的调整量AK1作为输出；其中s定义为:
8.如权利要求7所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于:所述G=I。
【文档编号】B60G17/015GK103754081SQ201310739368
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】高远, 范健文, 蓝会立, 罗文广, 潘盛辉 申请人:广西科技大学