汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能汽車(chē)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù)輸出 反饋控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速公路的發(fā)展和人們對(duì)汽車(chē)性能不斷的提高要求，普通的汽車(chē)懸架已經(jīng)越 來(lái)越不能滿(mǎn)足人民的高要求。除了人們都普遍關(guān)注的發(fā)動(dòng)機(jī)、軸距和排量外，駕駛舒適度以 及安全性也是高檔汽車(chē)所要具備的重要性能，而與這些重要性能指標(biāo)密切相關(guān)的便是汽車(chē) 懸架系統(tǒng)。懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初期是被動(dòng)懸架，在設(shè)計(jì)好之后，不能改變其性能參數(shù)，不能 夠根據(jù)路面狀況來(lái)調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)和彈簧剛度，其性能不能滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。汽車(chē) 行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性是衡量汽車(chē)性能好壞的主要指標(biāo)，而它又直接受到汽車(chē)懸架系 統(tǒng)性能好壞的影響。
[0003] 從技術(shù)上講，汽車(chē)懸架是指車(chē)架、車(chē)身與車(chē)橋之間一切傳動(dòng)裝置的總稱(chēng)，路面作用 于車(chē)輪上的垂直反力(支撐力），縱向反力(牽引力和制動(dòng)力)和側(cè)向反力以及這些力所產(chǎn)生 的力矩都要通過(guò)懸架傳遞到車(chē)架(或承載式車(chē)身）。汽車(chē)懸架系統(tǒng)的主要作用是在傳遞這些 力和力矩的同時(shí)，緩和不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊載荷，抑制車(chē)輪的不規(guī)則振動(dòng)，提高 車(chē)輛平順性(乘坐舒適性)和安全性(操縱穩(wěn)定性）。懸架系統(tǒng)是影響汽車(chē)性能的關(guān)鍵部件， 建立合適的汽車(chē)懸架系統(tǒng)模型以及研究其控制問(wèn)題對(duì)提高車(chē)輛平順性和安全性，有著非常 重要的意義，且汽車(chē)懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)車(chē)輛的總體性能有著重大的影響。近年來(lái)，針對(duì) 主動(dòng)懸架系統(tǒng)，不同的控制方法被提出來(lái)改進(jìn)懸架系統(tǒng)的性能，既有傳統(tǒng)的PID控制、線(xiàn)性 狀態(tài)反饋控制，也有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等智能控制方法。由于實(shí)際汽車(chē)懸架系統(tǒng)是一 種非線(xiàn)性、時(shí)變的復(fù)雜物理系統(tǒng)，目前尚不能對(duì)其進(jìn)行精確建模，因此在控制該類(lèi)對(duì)象時(shí)智 能控制方法要比傳統(tǒng)方法具有更大的優(yōu)勢(shì)。由于技術(shù)上的難度，仍然非常困難設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)?兩個(gè)模糊邏輯系統(tǒng)的隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則來(lái)產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)膮?shù)并以此進(jìn)行后續(xù)控制設(shè)計(jì)。 另一方面，已有模糊控制方法采用的是狀態(tài)反饋控制器，這就要求系統(tǒng)狀態(tài)變量全部可以 在線(xiàn)測(cè)量;而由于測(cè)控技術(shù)和成本因素使得實(shí)際汽車(chē)懸架系統(tǒng)狀態(tài)變量往往并不是全部可 以在線(xiàn)測(cè)量的。也就是說(shuō)，已有汽車(chē)懸架系統(tǒng)的建模和控制問(wèn)題均沒(méi)有得到較好的解決。因 此，汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊控制技術(shù)就成為一個(gè)富有挑戰(zhàn)的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制方法，以 解決汽車(chē)懸架系統(tǒng)的建模和控制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)懸架系統(tǒng)的高性能控制目標(biāo)，滿(mǎn)足日益提 高的駕駛過(guò)程中的穩(wěn)定性、舒適性和安全性要求。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：
[0006] 1、一種汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制方法，其特征在于：它包括以 下技術(shù)步驟：
[0007] 1)應(yīng)用力學(xué)原理建立起如下汽車(chē)懸架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型：
[0008]
[0010]其中，ms(t)為汽車(chē)底盤(pán)的彈性質(zhì)量，單位為Kg;mu(t)為車(chē)輪部件的非彈性質(zhì)量，單 位為Kg; u (t)為汽車(chē)懸架系統(tǒng)的控制輸入量，單位為N; zs (t)為陽(yáng)以水平地面為起始點(diǎn)垂直 向上方向上的坐標(biāo)位置，單位為m;zu(t)為mu以水平地面為起始點(diǎn)垂直向上方向上的坐標(biāo)位 置，單位為m; zr( t)為以水平地面為起始點(diǎn)垂直向上方向上路面接觸點(diǎn)坐標(biāo)位置，單位為m; cs為汽車(chē)懸架系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，單位為N/(m/s);ks為汽車(chē)懸架系統(tǒng)的硬度系數(shù)，單位為N/m; ct為汽車(chē)輪胎的阻尼系數(shù)，單位為N/(m/s);kt為汽車(chē)輪胎的硬度系數(shù)，單位為N/mp;
[0011] 2)基于汽車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性和可允許乘客數(shù)目及質(zhì)量的變化情況，確定出ms(t) 矛口IIlu ( t)的變化?Ει 圍為:Ills (t ) E [Illsmin，fflsmax]和IIlu (t ) E [Illumin，fflumax];
[0012] 3)考慮與高舒適度和高安全性相關(guān)的主要影響因素，構(gòu)造如下兩個(gè)物理量來(lái)用于 評(píng)價(jià)控制方法的性能優(yōu)劣，
[0013] (3)
[0014] (4)
[0015]其中，g為重力常數(shù)，單位為N/Kg; zmaxS汽車(chē)懸架系統(tǒng)的最大偏移量，單位為m;且 有 | Zs(t)-Zu(t) I < Zmax和kt(Zu(t)-Zr(t))<(ms(t)+mu(t))g同時(shí)成立；
[0016] 4)根據(jù)所述步驟1)中給出的汽車(chē)懸架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，建立起汽車(chē)懸架系統(tǒng)的狀態(tài) 空間模型：
[0017]
(5)
[0018] 其中，X(t) = [Xl(t) X2(t) X3(t) X4(t)]T，Xl(t)=Zs(t)-Zu(t) ，X2(t) = Zu(t)_Zr (t),
[0019]
丨,y(t)為系統(tǒng)可測(cè)輸出變量，控制器對(duì) 于系統(tǒng)的內(nèi)部信息的獲取是通過(guò)測(cè)量y(t)來(lái)實(shí)現(xiàn)；
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 5)根琚ms(t)和mu(t)的可變特性，兩個(gè)模糊前件變量選定為 利用Takagi-Sugeno模糊模型建模規(guī)則建立汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊狀態(tài)空間模型：
[0025] 規(guī)則1:如果|1(〇為此(|1(〇)且|2(〇為見(jiàn)(| 2(〇)，那么
[0026]
的
[0027] 規(guī)則2:如果11(〇為沁化1(〇)且12(〇為吣（1 2(〇)，那么
[0028]
(7)
[0029] 規(guī)則3:如果|i(t)為此(|1(〇)且|2(〇為見(jiàn)(| 2(〇)，那么
[0030]
[0031] 規(guī)則 4:如果 |i(t)為 M2(li(t))且 |2(t)為 N2(|2(t))，那么
[0032] _
[0033]
[0034]

[0051] 6)根據(jù)模糊建模方法，得到整體性的汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊狀態(tài)空間模型：
[0052]
[0053] 其中，111(|(1:))=]\11(|1(1:))\1'11(|2(1:))，112(|(1:))=]\11(|1(1:))\吣（|2(1：))
[0054] 1?3(ξ(?))=Μ2(ξι(?)) ΧΝι(ξ2(?))，h4(l(t)) =Μ2(ξι(?)) ΧΝ2(ξ2(?))。
[0055] 7)針對(duì)步驟6)所述整體性的汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊狀態(tài)空間模型，設(shè)計(jì)一種智能采 樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制器：
[0056]
[0057] 其中，六^^。<^、8^、(^為對(duì)應(yīng)相應(yīng)模糊規(guī)則的適當(dāng)維數(shù)維控制增益矩陣，它們的計(jì) 算公式為：
[0061 ] 這里，矩陣漱和Μ為非奇異矩陣且滿(mǎn)足= i ··· 且夢(mèng)、吣為、％ %瓤容 以及對(duì)稱(chēng)矩陣Q可以通過(guò)求解滿(mǎn)足如果線(xiàn)性矩陣不等式條件來(lái)獲得：

[0079] {Cmf為矩陣C2l的第一行的轉(zhuǎn)置向量，為矩陣C 2l的第二行的轉(zhuǎn)置向量，h為 控制系統(tǒng)相鄰采樣時(shí)刻的最大間隔，即％? -% Sls，單位為s; Θ和p為設(shè)計(jì)者根據(jù)汽車(chē)懸架 系統(tǒng)的高性能控制目標(biāo)來(lái)給定的值，可由經(jīng)驗(yàn)值給出；γ為采用所述模糊采樣控制器得到 的控制系統(tǒng)對(duì)于外部干擾的抑制指標(biāo)參考值，其為無(wú)量綱數(shù)，其值大小可由汽車(chē)的使用者 在容許范圍內(nèi)按照自身需求來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)定；
[0080] 8)使用所述步驟7)中給出的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制器進(jìn)行汽車(chē)懸架系統(tǒng)的 在線(xiàn)控制，使得閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定且滿(mǎn)足對(duì)于外部干擾的抑制指標(biāo)小于參考值γ。
[0081] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：提出一種汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù) 輸出反饋控制方法，從汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊建模和控制設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè) 計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)懸架系統(tǒng)的高性能控制目標(biāo)，滿(mǎn)足駕駛過(guò)程中的高舒適度以及高安全性； 同時(shí)該方法不需要在線(xiàn)測(cè)量汽車(chē)懸架系統(tǒng)的所有系統(tǒng)狀態(tài)變量值，降低了控制方法對(duì)檢測(cè) 技術(shù)的要求和檢測(cè)元件配置的要求，提高了汽車(chē)懸架系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性;進(jìn)一步，其關(guān) 鍵控制參數(shù)γ可以由汽車(chē)的使用者在容許范圍內(nèi)按照自身需求來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)駕 乘體驗(yàn)的個(gè)性自主化，在解決技術(shù)問(wèn)題的同時(shí)彰顯了以客戶(hù)為中心的設(shè)計(jì)理念。
【附圖說(shuō)明】
[0082] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的流程圖。
[0083] 圖2為本發(fā)明控制方法投入前的汽車(chē)懸架系統(tǒng)開(kāi)環(huán)響應(yīng)曲線(xiàn)圖。
[0084] 圖3為本發(fā)明控制方法投入后的汽車(chē)懸架系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0085] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 更好地理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0086] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的流程圖，它包括以下步驟：
[0087] 1)應(yīng)用力學(xué)原理建立起汽車(chē)懸架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型；
[0088] 2)基于汽車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性和可允許乘客數(shù)目及質(zhì)量的變化情況，確定出汽車(chē)底 盤(pán)的彈性質(zhì)量m s(t)和車(chē)輪部件的非彈性質(zhì)量mu(t)的變化范圍；
[0089] 3)考慮與高舒適度和高安全性相關(guān)的主要影響因素，構(gòu)造兩個(gè)關(guān)鍵物理量來(lái)用于 評(píng)價(jià)控制方法的性能優(yōu)劣；
[0090] 4)根據(jù)所述步驟1)中給出的汽車(chē)懸架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，建立起汽車(chē)懸架系統(tǒng)的狀態(tài) 空間模型；
[0091 ] 5)根據(jù)ms (t)和mu (t)的可變特性，兩個(gè)模糊前件變量選定為&和!#〗=為， 利用Takagi-Sugeno模糊模型建模規(guī)則建立汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊狀態(tài)空間模型；
[0092] 6)根據(jù)模糊建模方法，得到整體性的汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊狀態(tài)空間模型；
[0093] 7)針對(duì)步驟6)所述整體性的汽車(chē)懸架系統(tǒng)的模糊狀態(tài)空間模型，設(shè)計(jì)一種智能采 樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制器；
[0094] 8)使用所述步驟7)中給出的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制器進(jìn)行汽車(chē)懸架系統(tǒng)的 在線(xiàn)控制。
[0095] 基于本發(fā)明的一種汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制方法可用于各類(lèi) 汽車(chē)懸架系統(tǒng)的控制。以下以?xún)勺杂啥鹊?/4之一汽車(chē)懸架系統(tǒng)為例，汽車(chē)懸架系統(tǒng)就是指 由車(chē)身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個(gè)支持系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有的功能是支持車(chē)身，改 善乘坐的感覺(jué)，不同的懸掛設(shè)置會(huì)使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡(jiǎn)單的懸掛系統(tǒng) 綜合多種作用力，決定著轎車(chē)的穩(wěn)定性、舒適性和安全性，是現(xiàn)代轎車(chē)十分關(guān)鍵的部件之 一。主動(dòng)懸架是近十幾年發(fā)展起來(lái)的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集了力學(xué)和電子學(xué) 的技術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動(dòng)懸架的法國(guó)雪鐵龍桑蒂雅，該 車(chē)懸架系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦，懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車(chē)速、前輪制動(dòng)壓 力、踏動(dòng)油門(mén)踏板的速度、車(chē)身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電 腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。同時(shí)，微電腦 獨(dú)立控制每一只車(chē)輪上的執(zhí)行元件，通過(guò)控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng)，從而能在任 何時(shí)候、任何車(chē)輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運(yùn)動(dòng)。
[0096] 具體地，本實(shí)施例涉及的汽車(chē)懸架系統(tǒng)的智能采樣數(shù)據(jù)輸出反饋控制方法的具體 工作過(guò)程為：
[0097]