汽车非线性主动悬架系统的模糊控制方法
【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主动悬架系统的模 糊控制方法。
【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] 目前，模糊控制器都采用整数阶的运算处理信号作为输入。模糊控制器虽然方法 简单，可适用于非线性、时变和滞后系统，且具有一定的自适应能力，但其性能完全依靠专 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，故汽车悬架 系统控制性能不能很好适于各种行驶工况要求。对于上述问题，现有技术方案主要采取自 动调整模糊控制器中论域比例因子、量化因子或直接修改模糊关系矩阵的手段。然而，比例 因子与量化因子存在相互制约影响，而后者也面临计算量较大的困难。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种汽车主动悬架系统的模糊控制方法，该控制方法仅对模糊控 制器输入量的分数阶微分运算的阶次参数进行优化选择，可避免现有技术方案比例因子与 量化因子存在相互制约、计算量大的困难，具有控制精确、计算效率的特点。
[0005] 本发明的技术方案如下：一种汽车主动悬架系统的模糊控制方法，包括以下步 骤：
[0006] A、建立主动悬架系统模型，预设主动悬架系统的状态控制期望，检测悬架系统状 态信号，根据状态控制期望计算获得控制误差信号，定义控制误差信号的分数阶微分信 号；
[0007] B、设计模糊控制器，该模糊控制器采用控制误差信号及其分数阶微分信号作为输 入量，悬架控制力作为控制器输出；
[0008] C、对受模糊控制器作用的主动悬架系统模型进行路面冲击载荷模拟，选取并检测 悬架系统控制性能评价指标并确定各评价指标的加权系数，将评价指标及其加权系数代入 综合性能指标函数，通过悬架系统控制计算，确定出使得综合性能指标函数具有最小值的 分数阶微分阶次参数，根据该分数阶微分阶次参数确定该控制误差信号分数阶微分的表达 式；
[0009] D、将控制误差信号及其分数阶微分信号作为模糊控制器的输入信号，得到模糊控 制器的悬架控制力输出，根据输出的悬架控制力完成对实际主动悬架系统的控制。
[0010] 所述的主动悬架系统的模型为
【主权项】
1. 一种汽车主动悬架系统的模糊控制方法，其特征在于包括以下步骤： A、 建立主动悬架系统模型，预设主动悬架系统的状态控制期望，检测悬架系统状态信 号，根据状态控制期望计算获得控制误差信号，定义控制误差信号的分数阶微分； B、 设计模糊控制器，该模糊控制器采用控制误差信号及其分数阶微分信号作为输入 量，悬架控制力作为控制器输出； C、 对受模糊控制器作用的主动悬架系统模型进行路面冲击载荷模拟，选取并检测悬架 系统控制性能评价指标并确定各评价指标的加权系数，将评价指标及其加权系数代入综合 性能指标函数，通过悬架系统控制计算，确定出使得综合性能指标函数具有最小值的分数 阶微分阶次參数，根据该分数阶微分阶次參数确定该控制误差信号分数阶微分的表达式； D、 将控制误差信号及其分数阶微分信号作为模糊控制器的输入信号，得到模糊控制器 的悬架控制カ输出，根据输出的悬架控制力完成对实际主动悬架系统的控制。
2. 如权利要求1所示的汽车主动悬架系统的模糊控制方法，其特征在子：所述的主动
式中，Hl1和Hl2分别表示1/4车身质量和轮胎质量，C为悬架阻尼系数，Ic1和k2分别是 悬架弹簧刚度和轮胎刚度，e为弹簧的非线性系数，U代表主动控制力，Xl、X2分别表示车 身位移和轮胎位移，q为路面位移输入。
3. 如权利要求2所示的汽车主动悬架系统的模糊控制方法，其特征在于，所述步骤A包 括以下的步骤： 建立主动悬架系统模型，将车身垂直振动速度趋于零作为悬架系统控制期望，检测车 身垂直振动位移，根据状态控制期望计算获得垂直振动速度控制误差信号，并定义其分数 阶微分表达式； 所述的垂直振动速度控制误差e及其分数阶微分是通过以下公式计算的： e= -dXi/dt，其分数阶微分ち=￡>> = -Z),1 'V1; 其中X1表示车身垂直位移，Aa为分数阶微分算子，aG(0，1)为分数阶次參数；当采
4. 如权利要求3所述的汽车主动悬架系统的模糊控制方法，其特征在于，所述步骤B包 括以下的步骤： (1) 取模糊化的输入变量为e和e。，e和e。所对应的模糊语言变量分别为E和E输出 是悬架系统的悬架控制カUf，对应的模糊语言变量为Uf; (2) E、Eg和UF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的论域分另Ij为：{-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) 模糊控制器的输出采用面积重心法解模糊化后得到。
5. 如权利要求4所述的汽车主动悬架系统的模糊控制方法，其特征在于，所述步骤C包 括以下的步骤： 选取并检测悬架系统状态反馈信号，并选取车身垂直振动加速度Xi、悬架动行程 (X1-X2)以及轮胎形变（x2_q)为车辆悬架控制性能评价指标，建立如下的ITSE综合性能指 标函数：
式中：W1, w2, W3分别表示垂直振动加速度、悬架动行程和轮胎形变的加权系数，q为路 面位移输入； 预设后ル，w2,W3后，对受模糊控制器作用的主动悬架系统模型进行路面冲击载荷模拟， 在aG(0，1]的范围内，通过悬架系统控制模拟计算，建立起综合性能指标函数I(t)与分 数阶微分阶次參数a的关系曲线，取使得I(t)具有最小值的a值作为最优分数阶次參 数，进而确定出垂直振动速度控制误差e的分数阶微分表达式。
6. 如权利要求5所述的汽车主动悬架系统的模糊控制方法，其特征在于，所述步骤D包 括以下的步骤：将垂直振动速度控制误差信号e及其分数阶微分信号e。输入模糊控制器， 根据输出的悬架控制力Uf实现对实际主动悬架系统的控制。
【专利摘要】本发明旨在提供一种汽车主动悬架系统的模糊控制方法，包括以下步骤：A、建立主动悬架系统模型，预设主动悬架系统的状态控制期望，定义控制偏差信号的分数阶微分；B、设计模糊控制器，该模糊控制器采用控制误差信号及其分数阶微分作为输入量，悬架控制力作为控制器输出；C、对受模糊控制器作用的主动悬架系统模型进行路面冲击载荷模拟，根据综合性能指标函数确定控制误差信号的分数阶微分阶次参数；D、将控制误差信号及其分数阶微分作为模糊控制器的输入变量，得到模糊控制器的输出控制力，完成对实际主动悬架系统的控制。本发明控制方法可避免现有技术方案比例因子与量化因子存在相互制约、计算量大的困难，具有控制精确、计算效率的特点。
【IPC分类】B60G17-018
【公开号】CN104626914
【申请号】CN201410851847
【发明人】高远, 范健文, 王雨涛, 孔峰, 潘盛辉, 袁海英
【申请人】广西科技大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月31日