1、半主動懸架的控制策略探討唐嵐,林弋輝，陳（西華大學交通與汽車工程學院,四川成都 610039摘 要:綜述汽車懸架控制系統的基本類型，以半主動懸架為研究對象，推導 建立汽車兩自由度1/4車體模型,提出一種汽車半主動懸架系統的模糊控制方法 ,并利用MA TL AB進行仿真，結果證明該控制策略有效。關鍵詞：汽車；半主動懸架；模糊控制；仿真分析Abstract :The paper summaries the basic types of con trol system on automobile sus pension , and tak ing semi 2active sus pension a

2、s an exa mple , establishes a two 2degree 2f reedom model with a quarter of vehicle body. To the semi 2active sus pension system , a f uzzy con troller is desig ned and is nu merically simulated with MA TL AB.The results show that the f uzzy con trol strategy is effective.K ey w ords :Vehicle ; Semi

3、 2active sus pension ; Fuzzy con trol ; Simulatio nan alysis中圖分類號：U461.4; U463. 332文獻標識碼:A文章編號：100623331(2005 0520007203懸架是汽車重要總成之一，其性能的好壞直接影響汽車的平順性和操縱穩定性。從控制力的角度劃分，懸架可分為被動懸架，半主動懸架和主動懸架。目前，大多數汽車的懸架系統裝有彈簧和減振器,懸架系統內無能源供給裝 置，其彈性和阻尼不能隨外部工況變化而變化，這種懸架稱為被動懸架。主動懸 架有作為直接力發生器的動作器，可以根據 輸入與輸出進行最優的反饋控制，使懸 架有最好的減

4、振特性，以提高汽車的平順性和操縱穩定性。半主動懸架可看作由 可變特性的彈簧和減振器組成的懸架系統，雖然它不能隨外界的輸入進行最優的控 制和調節，但它可按儲存在計算機中的各種條件下最優彈簧和減振器的優化參數指 令來調節彈簧的剛 度和減振器的阻尼狀態，使懸架對復雜多變的路面 狀況具有較 好的適應性圖13種懸架的頻率響應由圖1可知，被動懸架的減振性能很差；而半主動懸架與主動懸架相比，減振 性能稍差，但結構簡單，能耗小，易于控制，因此，在我國有較大的應用前 景。本 文以半主動懸架為對象，利用模糊控制方法對懸架系統控制進行研究。1 半主動懸架的數學模型由于現代汽車技術與高速公路的不斷發展 ，汽車行駛速度

5、越來越高，這就需要增強汽車的平順性、操穩性。半主動懸架系統的研究一般是針對二自由 度1/4汽 車模型進行的，這種分析方法簡單，且不失研究的真實性。圖2是二自由度的1/4車體模型基 本結構0圖2 二自由度的1/4車體控制模型圖中k 1、k 2分別為輪胎和懸架的剛度；m 1、m 2分別為輪胎和懸架的質量；變量x 0、X 1和x 2分別代 表路面激勵、非簧載 質量及簧載質量的位移。以f c為連續可調阻尼器阻尼力,v r = X 2- X 1為懸掛質量與非懸掛質量間的相對速度,c為阻尼器的阻尼系數，X 0為路面干擾速度，則系統振動方程7? ?設計？計算？研究？客車技術與研究2005年第5期并考慮到f

6、c =cv r ,0< c < 2c m為可變阻尼 系數的上限值，將f c表示成f c =c m v r +(c -c m v r ,記 c -c m =c m (c/c m -1 =c m u (t , J則 |u| < 系統的 狀態空間模型為：x 2 x 1 x 2 x1 =00100001-m 2m 2-m 2m 2m 1-m 1x 2x 1 x 2000m 1x 0+00-m 2m 1001-1x 2x 2 x 1u (t (22 控制策略的研究211性能指標的確定從理論上講，能測得系統全部狀態量，實施控制效果最好，精度也較高。但由 于汽車使用狀況復雜、傳感器精度受限

7、，實際操作比較困難，增添傳感器也 會提 高成本，使控制規則變得相當困難。所以采用 輸出反饋的模糊控制策略，并提出三套輸出反饋方案：C1、C 2、C 3。C 1方案反饋變量取y =(x2 x 2 ,C 2方案反饋變量取y =x 2-x 1 A (x -X 1 ,C 3方案反饋變量取y =( x'Z x 2x 2-x 1f 2。最終確定以車身 位移的誤差及其變化作為輸出反饋變量。這樣既能反映系統的狀態特征，且選用價 格低廉的位移傳感器也降低了成本。同時通過差分運算也可以方便地求出系統其 余的狀態參數，如速度及加速度等。212 控制器的設計模糊控制器通常由下列幾部分組成，見圖3圖3 模糊控制

8、器輸入、輸出量的規范化是指將控制器輸入、輸出限制在規定的范圍之內，以 便于控制器的設計和實 現。因為控制器的輸入值一般都不是模糊數，所以模糊化 過程就是將輸入值轉化為模糊量。模糊控制器的核心部分是語言控制規則和模糊 邏輯推理。根據模糊輸入量和語言控制規則，模糊邏輯推理決定輸出量的一個分布函數。非模糊化過程將輸出量的 分布函數轉化為規范化的輸出量，最后控制器將規 范化的輸出量轉化為實際的輸出值控制量。由于前面已經確定了反饋變量， 所以控制器的輸入變量為車身位移誤差及其變化率，而由于系統采用電磁閥控制 阻尼系數，則輸出變量確定為開關閥的流量控制（通過不同位通的選取。輸入輸出變量隸屬度函數采用三角形

9、函數曲線。三角形隸屬度函數具有形式 簡單、控制精度適中的特點，適合本系統的控制目的。模糊控制氣的控制規則的形式為T H EN y is CR l :IF x 1is A and x 2is B式中 R l表示第I條規則;A、B表示對應輸入變量 所屬的模糊集；C表示結論的隸屬函數。隸屬函數的論域按照懸架系統的物理意義進行劃分，即模糊控制器輸入變量的論域根據車輛受路面激勵產生的最大響應來確定,在各個論域上，隸屬函數的模糊PS正小、PL （正大等5個。模子集分別取為NL （負大、NS （負小、ZE （零、糊規則庫完備的規則集為25條,本文的模糊規則庫如表1所示。表1中E代表x 2-x1,Ec為E的變

10、化率。表1模糊控制規則表c NBNSZEPSPB在控制規則表中，數字與語言變量值有以下關系：NB 也-3 NS 也-1 ZE 也 0 PS 也 1 PB 也 3上述模糊控制規則確定的原則是：當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；當誤差較 小時，控制則以防止超調、系統的穩定性為主要出發3懸架控制系統仿真利用MA TL AB710中的控制系統仿真軟件包SIMUL IN K 及 TOOLBOX 工具箱對懸架系統進行了仿真。仿真計算部分物理參數見表2。8?第5期 2005年客車技術與研究？設計？計算？研究？表2 懸架系統參數m 2(kg m 1(kg k (kN/mk 1(kN/mC (kN

11、/m 2500320101001400515仿真過程假設車輪與地面時刻保持接觸執行器能夠滿足系統需求。系統仿真步長為0101s ,采樣時間為011s ,仿真對象為二自由度1/4車體半主 動懸架，輸入信號分別為階躍、正弦、方波信號。得到的輸出結果見圖4-6。階躍信號仿真曲線 正弦信號仿真曲線 方波信號仿真曲線觀察圖4的階躍信號輸出位移曲線，系統的超調量不大于1mm ,穩態誤差很小，調整時間在10s以內；從圖5正弦信號的位移輸出曲線可以看出控 制后車身位移有了明顯的衰減，且干擾信號隨著時間t的增加而減小，車身位移沒有發生明顯的滯后 現象；從圖6方波信號的輸 出曲線來看，車身位移明 顯衰減，車身振動

12、頻率穩定，并且沒有發生急劇的不 規則 變化。4 結束語通過對二自由度1/4車體半主動懸架的控制策略研究及計算機仿真，結果證明：(1對汽車懸架系統引入模糊控制后，能顯著降低汽車的垂直振動加速度，提高 汽車的行駛平順性和操縱穩定性。(2以車體的振動速度誤差及其變化作為模糊控制器的輸入變量，不僅對振動 速度進行控制還能根據振動加速度的變化進行控制，對車體的振動速度和加速度 都能起到有效抑制作用。(3文中的研究是基于統計最優的控制思想不要求對每個瞬時進行控制，而是在一定的時間內的統計最優。即在有限的時間間隔內的統計特性是 不變的，而且車輛的運行 速度也具有相對穩定性。當前僅考慮了車體的垂直加速度為汽車

13、行駛平 順性指標，在下步工作中應考慮 加權懸架的動撓度 變化和輪胎的動態變形，并尋求更高效的控制算法，以提高控制 效果，實現懸架整體性能的全面提高。參考文獻:1 CHOL S B. A semi 2active sus pen sion using ER fluidfor a commercial vehicle seat. Journal of In tellige nt Material Systems andStructures ,1998,9(8 :601.2 A Model Follow ing Slidi ng Mode Con troller for Semi 2active Suspension Systems with MR Damp ers. Pro 2ceedi ngs of the America nCon trol Co nference ,J une 25227, 2001.3張廟康,