汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制的方法

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江苏大学学报 （自 然 科 学 版）
第 24 卷
— — 车身的俯仰转角， rad !— — — 中间变量， zI ， z2 — z I = z 3 - !l f ， z 2 = z 3 + !l r 选取状态变量
［5］ T …， X =（ x I ， x2， x3， x8）
式中
xI = zI， x2 = z2， x3 = z3， x4 = ! ' ' ' ' x5 = z I， x6 = z 2， x7 = z 3， x8 = ! 将式 （ 5） 代入式 （I）~（4） 中， 可得系统的状态方程 ' （6） X = AX + B@ 式中
第 24 卷第 1 期 2003 年 1 月
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
江苏大学学报 （自 然 科 学 版） （ NaturaI Science Edition） JournaI of Jiangsu University
!
半主动悬架的力学模型的建立
式中
［1］ 汽车 4 自 由 度 半 主 动 悬 架 的 力 学 模 型 见
・ ・ ' （ z 2 - z* 2 ）+ c（ ! = l［ r 22 2 z2 ' （ z 1 - z* 1 ）+ c（ l［ f 12 1 z1 -
— — 前后轴非簧载质量， m1， m2— kg — — 汽车簧载质量， m3— kg — — — 簧 载 质 量 绕 其 质 心 的 转 动 惯 量， k g ・ m2 — — 前后轮胎的等效刚度， N/m 11 ， 21 —
VoI. 24 No . 1 Jan . 2003
汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制的方法
乐 巍，张孝祖，陈士安，江浩斌
（江苏大学汽车与交通工程学院， 江苏 镇江 212013）
பைடு நூலகம்
［摘
要］汽车悬架系统的设计必须满足行驶平顺性和操纵稳定性的要求， 传统的被动悬架系统已
无法从结构设计上使车辆具有良好的行驶性能， 而半主动悬架通过调整悬架阻尼， 使得它可以很好 地满足车辆行驶过程的需要， 因此受到车辆工程界的广泛重视 . 建立 4 自由度 1/2 车辆模型， 导出 了系统的非线性状态方程； 采用模糊方法控制汽车半主动悬架的阻尼 . 研究了一种新型的模糊控 制系统， 以前后轴的可调阻尼值作为输出量控制悬架， 并设计了模糊控制规则 . 通过计算机仿真验 证了这种控制算法的有效性， 为汽车台架实验提供理论依据 . ［关键词］汽车；半主动悬架；模糊控制 ［中图分类号］U463 . 33 ［文献标识码］A ［文章编号］1671 - 7775 （2003） 01 - 0055 - 05 传统的 2 自由度悬架模型不能充分表征车辆 的运动状态， 只能反映其垂直方向的运动 . 半主动 悬架形式简单、 不耗能且能改善车辆性能， 成为研 究的热点 . 模糊方法是一种近年来新兴的控制方 法， 比较 适 合 控 制 具 有 时 变 性 和 非 线 性 的 复 杂 系 统 . 笔者采用 4 自由度 1/2 车辆半主动悬架模型， 用模糊方法控制悬架的阻尼， 研究车辆的综合行驶 性能 . m1 z1 =
l . ll3 5 l . 54l 5
对模糊控制系统的分析采用时域法， 路面激励 g l 、 g 2 采用阶跃函数
Fig . 1
图 1 汽车半主动悬架的力学模型 MechanicaI modeI of automobiIe semi-active suspension
对这个模型进行受力分析， 可写出下列方程：
［收稿日期］2002 - 09 - 04 ［基金项目］江苏省教育厅自然科学研究重点资助项目 （02KJA5S0001） ， 男， 湖北宜昌人， 硕士， 主要从事车辆动态性能研究 . ［作者简介］乐 巍 （1977 - ）
k22 l r m2 kI2 l f - k22 l r m3
2 kI2 l 2 f + k 22 l r
kI2 l f - k22 l r 0 = 0 0 0 0 0 0 0
cI l f - c2 l r
BT
k II mI 0
0 k 2I m2
0 0
@ =
[ g0
I
0 g2
]
!
半主动悬架模糊控制器的设计
图 2 模糊控制系统原理框图 Fig . 2 FIOW chart Of fuzzy cOntrOI system
第l期
乐
巍等：汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制的方法
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达到这个效果” . 以下类推 . 由于被控悬架系统只能 接受精确的控制量， 所以必须对输出量 c l 、 c 2 精确 笔者采用了重心法 . 化 . 为充分利用数据， 下面给出利用 MAT LAB 中的 FUZZY 工具箱 编写的模糊控制规则语句 . ［ S ystem］ Name = 'dam pBZD' T ype = 'mamdani' Version = 2 . 0 NumInputs = 3 NumOut puts = l NumRuies = 9 AndMethod = 'min' OrMethod = 'ma ' Im p Method = 'min' A gg Method = 'ma ' DefuzzMethod = 'centroid' ［ Inputl］ Name = 'al' ［ - 5 5］ Ran ge = NumMFs = 3 ［2 . 5 2 . 5 - 5］ MFl = 'N'： ' g beiimf'， ，2 . 5 2 . 5 - 8 . 327e - 0l7］ MF2 = 'NU'： 'gbeiimf'［ ［ 2 . 5 2 . 5 5］ MF3 = 'P'： ' g beiimf'， ［ Input2］ Name = '!vl' ［ - 0 . 5 0 . 5］ Ran ge = NumMFs = 3 ［0 . 25 2 . 5 - 0 . 5］ MFl = 'N'： ' g beiimf'，
3
数值仿真
在数值仿真中， 采用了 SAN TANA2000 型轿车 ［4］ 的基本数据 ， 其参数值见表 l .
表 1 仿真车辆参数 Parameters of the Vehicle in simulation
l f /m l r /m
・ ・ / kN/m） k 2l（ / kN/m） k l2（ / kN/m） k 22（ / kN/m） c l（ / N s/m） c 2（ / N s/m） ・m2 k ll（ j /kg l 674 604 . 69 985 . 97 45 . 48 52 . 29 2 546 . 5 2 480 . 6
［3］ 糊化， 建立模糊规则及输出量的模糊判决 . 一般
半主动悬架模糊控制都采用传统的车身加速度误差 e 作为模糊控制器的输入， 以可调阻尼 e 及其变化率 ' 力作为模糊控制器的输出 . 本文直接控制悬架的阻 尼， 以车身加速度 a ， 车身与车轴之间的加速度差 !a 以及车身与车轴之间的速度差 !U 三个量作为 模糊控制器的输入 . 分别输入前轴与后轴的三个输 入量到开发的模糊控制器中， 输出的前后轴的可调 阻尼值先分别输向各自的执行机构， 再送到车辆模 型中去 . 图 2 是该模糊控制器的原理框图 .
・ ・ ・ ・
（ g 1 - z 1 ）+ ' ' c（ 1 z* 1 - z 1 ）
11
12
（ z* 1 - z 1 ）+ （1）
m2 z2 =
・ ・
（ g 2 - z 2 ）+ ' ' c（ 2 z* 2 - z 2 ）
21 12
22
（ z* 2 - z 2 ）+ （2）
m3 z3 =
' ' （ z 1 - z* 1 ）+ c（ + 1 z 1 - z* 1 ） ' ' （ z 2 - z* 2 ）+ c（ 22 2 z 2 - z* 2 ） （ 3 ） ' ］z* 2 ） ' ］（4） z* 1 ）
Tab. 1
m l /kg 98 m 2 /kg 98 m 3 /kg 975 . 37
［0 . 25 2 . 5 0］ MF2 = 'N U'： ' g beiimf'， ［0 . 25 2 . 5 0 . 5］ MF3 = 'P'： ' g beiimf'， ［ Input3］ Name = '!al' ［ - 8 8］ Ran ge = NumMFs = 2 ［ - 8 0］ MFl = 'N'： 'sig mf'， ［ 8 0］ MF2 = 'P'： 'sig mf'， ［ Out putl］ Name = 'cl' ［ - l 8000］ Ran ge = NumMFs = 2 ［ - 0 . 625 500］ MFl = 'M IN'： 'sig mf'， ［8000 7500］ MF2 = 'MAX'： 'sig mf'， ［ Ruies］ 3 3 0，2（l）：l 3 2 2，2（l）：l 3 2 l，l（l）：l 3 l 0，l（l）：l 2 0 0，2（l）：l l 3 0，l（l）：l l 2 2，l（l）：l l 2 l，2（l）：l l l 0，2（l）：l