[发明专利]车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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：

（1）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。

（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

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。

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：

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；

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；

C、将最优控制器与模糊控制器进行并联；

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。

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。

步骤A具体过程如下：

A1、非线性主动悬架系统的动力学模型如式（1）：