（車輛工程專業(yè)論文）汽車半主動(dòng)懸架模糊控制研究.pdf

汽車半主動(dòng)懸架模糊控制研究 摘要 汽車行駛的舒適性和操縱穩(wěn)定性這兩項(xiàng)指標(biāo)與汽車的懸架系統(tǒng)有著密切的 關(guān)系。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)不能隨外界條件的變化而變化，從而限制了 汽車性能的進(jìn)一步提高，而半主動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)如阻尼、彈簧剛度等具有可 調(diào)性，因此能較好地滿足車輛行駛的要求，同時(shí)與主動(dòng)懸架相比，由于其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。因此受到車輛工程界的廣泛重視。 本文以四自由度非線性汽車模型作為研究對(duì)象，在輸入一定激勵(lì)信號(hào)的情 況下，通過不同的加權(quán)因子改變模糊控制器的控制規(guī)則，用m a t l a b 軟件進(jìn)行性 能仿真，并比較模糊控制半主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架的工作情況；同時(shí)提出將基于 遺傳算法的模糊控制策略應(yīng)用于半主動(dòng)懸架的控制中，并采用遺傳算法來優(yōu)化 模糊控制規(guī)則。結(jié)果表明：模糊控制能明顯地減少車輛振動(dòng)，提高車輛行駛平 順性。最后進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)，表明所建數(shù)學(xué)模型正確，控制方法可行。 關(guān)鍵詞：半主動(dòng)懸架模糊控制遺傳算法 s t u d yo nf u z z yc o n t i 0 lo fas e m i a c t i v ev b h i c l es u s p e n s i o n a b s t r a c t t h er i d ec o m f o n 鋤dh a n d l i i l gs t a _ b i l i t yo ft l l ea m o m o b i l eh a v ec l o s er e l a d o 璐h i 口w i 也 m es u s p e n s i o ns y s t e m a ss m l c t l l r e 口a r 鋤e t e r so ft r a d m o n a lp a s s i v es u s p e n s i o nc a nn o t a d a p t i v e l yc h a n g e 謝t l le x t e m a lc o n d i t i o 船，m ei n l p r o v 鋤e n to fd y r l a m i cp e r f b 脅a n c e i s v e r yd i 伍c u l t h o w e v e r s m l c t i l r ep a r a m e t e r so fs e m i a c t i v es u s p e n s i o i l ，s u c h 嬲d a l n p i n s p r i i l gs t i 丘h e s sa n ds oo n ，a r ea d i u s t a b l e ，w h i c hc a ns e r v em en e e d sm u c hb e t t e r a tt h e s a m et i m e ，c o m p a r e d 謝t ha c t i v es u s p e n s i o 址t h es e l i a c t i v es u s p e n s i o nh 船s i m p l e s n u c n l r ea n dl a wp r i c e ，s oi ti sr e g a r d e dh i g h l ya n d 、i d e l y h 也ep 叩c r ，an o i l l i n e a rs u s p e n s i o nm o d e lo ff b l l r d e g r e ef h e d o mi ss e tu p u n d e r c e n a i ni n p u ts i 盟a l s ，t h ec o m r o ll a w so ff u z z yc o r l 仃o l l e ra r ea d j u s t e db yu s i n gd i 仃b r c n t w c i g h tc o e f n c i e n t sa n dm a t la _ bs o r w 盯ei su s e dt os i m u l a l et h ep e r f b m l a i l c e s a tt l l es a m e t i m e ，a n o t t l e r 凡z z yc o n t m lm e 協(xié)o db a s e do ng e n e t i ca i g o r i t l l mi si n t r o d u c e d 姐da p p l i e dt o t l l ec o m r o lo fs e m i a c t i v es u s 口e i l s i o n ，蚰dm eg e n e t i ca l g o r i t l l mi sa l s ou s e dt oo p t 主m i z et 1 1 e 如z z yc o n t m ll a w s t h e i l t h er e s u l t sa r ec o m p 甜e d 趾d 也ep e r f b m l a i l c e sa r ea n a l y z e d b e t w e e np 嬲s i v es u s p e i l s i o na 1 1 ds e m i - a c t i v e 跚s p e n s i o n 、v i t l ld i 髓豫呲c o n 訂0 1m e t h o d s t h e r e s u l t ss h o w 也e 矗l z z vc o m r o l l e rc a nc l e a r l yr e d u c et h ev i b 枷o na n di m p r o v et h ef i d e 口e r f b m 鋤c e a tl 硒t ，t l l er c a le x p e r i m e i l t 塒血s e m i a c t i v ea i l dp a s s i v es u s p e n s i o n s 趾e c a r r i e do u t 趾dm er e s u l t sd r o v et 1 1 a tt l l em a t h e m a t i cm o d e li sc o r r e c t ，a n dt 1 1 ec o t r 0 1 s 婦c e g y l sp r a c a l k e yw o r d s ： s e m i - a c t i v es u s p e 璐i o n f i l z 巧c o n n d i g c n e t i ca 1 9 0 m h n l 插圖清單 圖卜1 被動(dòng)懸架 圖卜2 全主動(dòng)懸架 圖卜3 半主動(dòng)懸架 圖2 一l 四自由度汽車半主動(dòng)懸架的振動(dòng)模型 圖2 2 半主動(dòng)懸架非線性系統(tǒng)受控模型 圖2 3 汽車半主動(dòng)懸架非線性系統(tǒng)控制仿真模型 圖3 1 常規(guī)反饋控制系統(tǒng)方框圖 圖3 2 控制器的基本結(jié)構(gòu) 圖3 3 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖3 4 半主動(dòng)懸架模糊控制系統(tǒng)仿真模型 圖3 5 隸屬度函數(shù) 圖3 6 被動(dòng)懸架汽車仿真模型 圖3 7 前輪路面位移激勵(lì) 圖3 8 被動(dòng)懸架垂直加速度輸出響應(yīng) 圖3 9 模糊控制半主動(dòng)懸架( 口= 0 6 2 5 ) 圖3 1 0 模糊控制半主動(dòng)懸架( q = o 4 ，口：= o 6 ) 圖3 1 1 控制力信號(hào)u 的曲線 圖3 1 2 被動(dòng)懸架動(dòng)撓度曲線 圖3 1 3 被動(dòng)懸架動(dòng)載荷曲線 圖3 1 4 模糊控制半主動(dòng)懸架動(dòng)撓度曲線 圖3 1 5 模糊控制半主動(dòng)懸架動(dòng)載荷曲線 圖3 一1 6 采用三角形凸塊作為脈沖輸入 圖3 1 7 路面輸入為脈沖信號(hào)時(shí)的車身俯仰加速度響應(yīng) 圖4 1 遺傳算法的一般流程圖 圖4 2 遺傳算法的流程圖 圖4 3 優(yōu)化前半主動(dòng)懸架垂直加速度響應(yīng) 圖4 4 優(yōu)化后半主動(dòng)懸架垂直加速度響應(yīng) 圖4 5 控制力信號(hào)u 的曲線 圖4 6 優(yōu)化前半主動(dòng)懸架動(dòng)撓度曲線 圖4 7 優(yōu)化前半主動(dòng)懸架動(dòng)載荷曲線 圖4 8 優(yōu)化后半主動(dòng)懸架動(dòng)撓度曲線 圖4 9 優(yōu)化后半主動(dòng)懸架動(dòng)載荷曲線 圖4 1 0 路面輸入為脈沖信號(hào)時(shí)的車身俯仰加速度響應(yīng) 圖5 一l 半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 0 0 0他塢坫埔孔船孔船旱昌嬲嬲盟約約凹四約弘船如們?cè)齻凃般B 圖5 2a d 轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)形式 圖5 3 數(shù)據(jù)采集與處理主程序框圖 圖5 4 控制表存儲(chǔ)形式 圖5 5模糊控制算法子程序 圖5 6自制的可調(diào)阻尼減振器外形圖 圖5 7裝車后的可調(diào)阻尼減振器( 上部) 圖5 8裝車后的可調(diào)阻尼減振器( 下部) 圖5 9 試驗(yàn)車照片 圖5 1 0 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖 圖5 1 1j x l 型加速度校準(zhǔn)儀 圖5 1 2d h f 一8 型電荷放大器 圖5 1 3f y 7 5 型逆變器 圖5 1 4 放置在后橋處的加速度傳感器 圖5 一1 5 隨機(jī)路面試驗(yàn)結(jié)果 圖5 1 6 過凸塊試驗(yàn)結(jié)果圖 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 8 4 8 4 8 4 8 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 5 1 表格清單 表卜1 不同懸架系統(tǒng)的性能分析3 表3 1 模糊控制規(guī)則( a = o 5 ) 2 5 表3 2 模糊控制規(guī)則( 口= o 6 2 5 ) 2 6 表3 3 模糊控制規(guī)則( 口= 0 7 5 ) 2 6 表3 4 模糊控制規(guī)則( = 0 4 ，口，= o 6 ) 2 7 表3 5 模型參數(shù)2 7 表3 6 車身垂直加速度、動(dòng)撓度、動(dòng)載荷仿真結(jié)果3 0 表4 1 遺傳算法參數(shù)3 9 表4 2 優(yōu)化前模糊控制規(guī)則3 9 表4 3 優(yōu)化后模糊控制規(guī)則3 9 表4 4 優(yōu)化前后仿真結(jié)果4 1 表5 1 對(duì)應(yīng)關(guān)系表4 4 表5 2 試驗(yàn)車型參數(shù)4 9 表5 3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定處理結(jié)果的對(duì)照表5 1 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù) 我所知，除了文中特別加以標(biāo)志和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 研究成果，也不包含為獲得盒膽王些盍堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材 料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝 意。 學(xué)位論文作者簽字 徽秀如 簽字日期：年月日 妒j 譬砷 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解金a b 王些盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留 并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)盒 目b 王些盍堂可以將學(xué)位論文的全部或部分論文內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影 印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書) 學(xué)位論文作者簽名：徽寵出v 導(dǎo)師簽名： 毒乏受 簽字日期：器卵簽字醐。年朋加吣譬州 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向： 工作單位： 通訊地址： 電話 郵編 致謝 當(dāng)論文完稿之際，我首先要真誠(chéng)的感謝尊敬的導(dǎo)師陳無畏教授，是導(dǎo)師高深 的學(xué)術(shù)造詣，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，忘我的工作熱情，耐心細(xì)致的指導(dǎo)，才使我的論文 得以順利完成。導(dǎo)師對(duì)待學(xué)術(shù)工作一絲不茍，鍥而不舍的精神，對(duì)待科研事業(yè)頑 強(qiáng)、執(zhí)著的奉獻(xiàn)精神，是一份寶貴的精神財(cái)富，將鼓舞和激勵(lì)我在今后的工作 和學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)取、不斷追求。 同時(shí)我要感謝王啟瑞副教授、王其東教授和姜武華老師，在我進(jìn)行課題研 究期間，給予我的指導(dǎo)和幫助：以及汽車教研室的其他老師在此期間給予我的 關(guān)心和幫助。 我感謝郁明博士在百忙之中給予我的熱情幫助，感謝徐娟、劉立強(qiáng)、喬明 俠、胡芳、陳黎卿、梅奮永、趙君卿、時(shí)培成、孫海濤等同學(xué)在我的課題研究 中給我的啟發(fā)和幫助。同時(shí)特別要感謝他們，在我進(jìn)行論文寫作和整理過程中， 幫我借閱圖書，查找資料，使我的論文能如期完成。 我還要感謝我的單位一一安徽省汽車工業(yè)學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和同事，在近三年的 時(shí)間里，給予我提供的方便和照顧，使我能夠在兼顧工作的同時(shí)，能有更多的 時(shí)間和精力去完成自己的學(xué)業(yè)。 我也要感謝我的親人，在我緊張繁忙的學(xué)習(xí)期間給予我的關(guān)懷、幫助、支 持和理解。 最后我還要對(duì)師母潘麗軍老師表示衷心的感謝和深深的敬意，是潘老師的 鼓勵(lì)和鞭策給了我戰(zhàn)勝困難的勇氣和信心。 感謝所有關(guān)心過我，幫助過我的老師、同學(xué)和朋友。 作者：張彥如 2 0 0 5 年4 月2 9 日 第一章緒論 1 1 汽車懸架的功用及發(fā)展概況 1 1 1 汽車懸架的功用 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它是車架( 或承載式車身) 與車橋( 或車 輪) 之間的一切傳力裝置的總稱。其主要功用是把路面作用于車輪上的垂直反力 ( 支承力) 、縱向反力( 牽引力和制動(dòng)力) 和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩 傳遞到車架( 或承載式車身) 上，緩和由不平路面?zhèn)鹘o車體的沖擊載荷，衰減沖 擊載荷引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)；同時(shí)要導(dǎo)向車身與車輪的運(yùn)動(dòng)，決定車輪定 位：在汽車側(cè)傾或俯仰時(shí)，懸架要能及時(shí)控制車身姿態(tài)，以保證汽車的正常行 駛。因此，汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足行駛平順性( r i d ec o m f o r t ) 和操縱穩(wěn)定 性( h a n d l i n gs t a b i l i t y ) 的要求。 作為連接車輪與車架的重要總成，懸架性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到汽車的平順 性、安全性、通過性等多種性能，同時(shí)它還影響到零部件的使用壽命。其中垂 直力保證了車身的質(zhì)量最終由地面承擔(dān)，縱向力保證了汽車的啟動(dòng)、制動(dòng)、前 進(jìn)和倒退，側(cè)向力保證了汽車的曲線運(yùn)動(dòng)。 汽車在行駛時(shí)，路面的不平度會(huì)激起汽車的振動(dòng)。當(dāng)這種振動(dòng)達(dá)到一定程 度時(shí)，將使乘客感到不舒適或使運(yùn)載貨物損壞，同時(shí)，由于車輪與路面之間的 動(dòng)載荷，還會(huì)影響到它們的附著效果。另外，汽車由于加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等還 會(huì)引起車身姿態(tài)發(fā)生變化( 俯仰和側(cè)傾) ，也會(huì)使乘客感到不舒適。所以汽車的 振動(dòng)是影響汽車行駛性能的重要因素，它不僅降低汽車的行駛平順性，而且還 影響汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性。因此，當(dāng)汽車在不平路面上行駛時(shí)，研究車 輛的受力和振動(dòng)情況，采取有效措施抑制車身振動(dòng)，對(duì)改善車輛的乘座舒適性 和操縱穩(wěn)定性，具有重要的意義。 為減少汽車振動(dòng)，一方面要改善路面質(zhì)量，減少振動(dòng)的來源；另一方面要 求汽車對(duì)路面不平度有良好的隔振特性。車輛的減振系統(tǒng)一般包括輪胎、懸架 和座椅三個(gè)環(huán)節(jié)，其中，起重要作用的是由彈性元件和阻尼元件構(gòu)成的懸架系 統(tǒng)。 1 1 2 被動(dòng)懸架 目前我國(guó)車輛主要還是采用被動(dòng)懸架( p a s s i v es u s p e n s i o n ) 。其兩自由度系 統(tǒng)模型如圖1 1 所示。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架一般由參數(shù)固定的彈簧和減振器組成， 其彈簧的彈性特性和減振器的阻尼特性不能隨著車輛運(yùn)行工況的變化而進(jìn)行調(diào) 節(jié)，而且各元件在工作時(shí)不消耗外界能源，故稱為被動(dòng)懸架。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 性能可靠，經(jīng)過不斷改進(jìn)，現(xiàn)在已基本研究成熟。然而，汽車在行駛過程中， 其平順性和操縱穩(wěn)定性對(duì)懸架參數(shù)的要求是不同的，要想同時(shí)兼顧兩者是很困 難的，即使經(jīng)過優(yōu)化，也只能使它在特定的車速和路面下才能達(dá)到最佳。所以， 懸架的特性參數(shù)一經(jīng)選定，就無法隨汽車運(yùn)行的工況和激勵(lì)的變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)， 故其減振性能的進(jìn)一步提高也就會(huì)受到限制。直到今天，如何協(xié)調(diào)平順性和操 縱穩(wěn)定性之間的關(guān)系，仍是懸架設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。 為了克服被動(dòng)懸架存在的缺點(diǎn)，人們嘗試了很多方法，如采用非線性變剛 度彈簧，雖然取得了一定的效果，但是仍不能從根本上消除上述的缺陷。改善 懸架性能的根本出發(fā)點(diǎn)在于改善懸架對(duì)車輪和車身的作用力，這可以從改變懸 架剛度或阻尼或同時(shí)改變兩者入手。于是主動(dòng)、半主動(dòng)懸架的研究就逐步開始 了。 1 1 3 主動(dòng)半主動(dòng)懸架 隨著汽車車速的進(jìn)一步提高，人們對(duì)汽車乘座舒適性也提出了更高的要求。 為了克服被動(dòng)懸架的缺陷，人們開始尋求更能滿足性能要求的新型懸架系統(tǒng)。 1 9 5 4 年，g m 公司e r s p i e l l a b r o s s e 在懸架設(shè)計(jì)中首先提出了主動(dòng)懸架的思想2 1 。 主動(dòng)懸架的基本原理是用可調(diào)剛度的彈簧或可調(diào)阻尼的減振器組成的懸架系 統(tǒng)，該系統(tǒng)采用有源或無源可控制的元件組成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可以根 據(jù)車輛預(yù)測(cè)的激勵(lì)和簧載質(zhì)量的加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī)律 調(diào)節(jié)可調(diào)彈簧和可調(diào)阻尼器的參數(shù)，以抑制車體的運(yùn)動(dòng)，使懸架始終處于最優(yōu) 減振狀態(tài)。 主動(dòng)懸架的特點(diǎn)就是能夠根據(jù)外界的輸入或車輛本身狀態(tài)的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài) 自適應(yīng)調(diào)節(jié)。這種懸架系統(tǒng)為在根本上改善汽車懸架系統(tǒng)的性能，提供了一條 嶄新的途徑。 圖1 2 為兩自由度的全主動(dòng)懸架系統(tǒng)( f u l l ya c t i v es u s p e n s i o n ) 。該系統(tǒng)是由 f e d e r s p i e l 1 a b r o s s e 在1 9 7 5 年發(fā)明的1 。它主要由一個(gè)可控的電液作動(dòng)器組成。 作動(dòng)器相當(dāng)于一個(gè)力發(fā)生器，可根據(jù)車身質(zhì)量的速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一 定的控制規(guī)律產(chǎn)生作用力。它可替代被動(dòng)懸架中的彈簧和減振器，可以任意變 更剛度以及阻尼系數(shù)。全主動(dòng)懸架的最大優(yōu)點(diǎn)是具有高度的自適應(yīng)性，可很好 地滿足不同環(huán)境的要求( 如不同道路條件和行駛速度等) 。這種裝置所要求的控 制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)最佳的隔振系統(tǒng)，而且不需要對(duì)系統(tǒng)作較大的改變。另外又 因?yàn)樵搼壹芟到y(tǒng)還能控制車輪的頻率范圍( 1 0 1 5 h z ) ，因其響應(yīng)特性很快，所以 又把該懸架系統(tǒng)稱為“快”主動(dòng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)功率消耗很大，一般達(dá)到1 0 k w 左右，另外傳感器的需用量也很多( 如行程傳感器、加速度傳感器、力傳感器及 某種情況下的壓力傳感器等) 。因而盡管全主動(dòng)懸架的性能非常優(yōu)越，但由于它 的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，而且造價(jià)也較為昂貴，一般僅限于在豪華轎車和客車上使用， 所以其應(yīng)用范圍較小。 與主動(dòng)懸架相比，半主動(dòng)懸架系統(tǒng)沒有力發(fā)生器，它是通過輸入少量控制 能量來調(diào)節(jié)減振器的液力阻力，改善懸架的振動(dòng)特性，圖l - 3 為兩自由度的半 2 主動(dòng)懸架系統(tǒng)( s e m i a c t i v es u s p e n s i o n ) 。 半主動(dòng)懸架控制的研究始于1 9 7 4 年美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校k a m o p p 的研 究工作1 。該系統(tǒng)主要由彈性元件與可調(diào)阻尼器構(gòu)成，此可調(diào)阻尼器在其力的 產(chǎn)生方面非常相似于被動(dòng)懸架中的阻尼器，但其阻尼系數(shù)是根據(jù)車身質(zhì)量的垂 直加速度，簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的相對(duì)位移等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī) 律而瞬態(tài)變化的，因此其減振效果又接近于全主動(dòng)懸架。但由于半主動(dòng)懸架中 彈簧剛度為一定值，所以它的自適應(yīng)性能要稍遜于全主動(dòng)懸架。其中半主動(dòng)懸 架又可分為阻尼有級(jí)可調(diào)( o n 一0 f d 和阻尼連續(xù)可調(diào)( c o n t i n u o u s ) 兩種類型6 1 。 早甲匝網(wǎng)早甲 b 舉q皂鼙啦 毒k t芝k t毒心 小 c 小 圖1 1 被動(dòng)懸架 m s 一簧載質(zhì)量 圖l - 2 全主動(dòng)懸架 m u 一非簧載質(zhì)量 圖1 3 半主動(dòng)懸架 k 一懸架彈簧剛度 c l 一定值阻尼c 廠可調(diào)阻尼l a 一輪胎剛度a 一作動(dòng)器 表1 1不同懸架系統(tǒng)的性能分析 懸架被動(dòng)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)全主動(dòng) 名稱懸架系統(tǒng)開關(guān)型連續(xù)型懸架系統(tǒng) 調(diào)節(jié)元件普通減振器可調(diào)阻尼可調(diào)阻尼液壓系統(tǒng)和 減振器減振器串聯(lián)硬彈簧 作用原理阻尼不變 阻尼 阻尼連續(xù)可調(diào)調(diào)節(jié)車身 有級(jí)可調(diào)與車輪間的作用力 控制方法手動(dòng)或自動(dòng)電、液自動(dòng)電、液自動(dòng) 頻率范圍 1 0 h z盟o h z 1 5 h z 能量消耗很小很小很大 改善橫向動(dòng) 小 中大 力學(xué)特性 改善垂直動(dòng) 小 中 大 力學(xué)特性 成本最小小中大 f f j冱 jl j 彤 阻尼器 特性曲線 r v 彳。 一v 團(tuán) 一v 幾種懸架的比較結(jié)果見表1 - l ，從以上不同懸架系統(tǒng)的分析研究和下表中可 以看出，全主動(dòng)半主動(dòng)懸架的性能明顯優(yōu)于被動(dòng)懸架。而半主動(dòng)懸架由于結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，可靠性較高，在工作中消耗能量很小，控制易于實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低廉，并且 性能指標(biāo)與全主動(dòng)懸架相近，因此受到車輛工程界的廣泛重視，已在很多中高 檔轎車中得到了應(yīng)用。 1 2 半主動(dòng)懸架控制技術(shù)的研究和應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，車輛半主 動(dòng)懸架的研究在國(guó)內(nèi)外都在大量的開展，許多高校與大型汽車企業(yè)對(duì)半主動(dòng)懸 架進(jìn)行了理論和實(shí)踐的研究，并取得了良好的效果。對(duì)半主動(dòng)懸架的研究主要 從兩方面展開：是如何根據(jù)研究對(duì)象去確定半主動(dòng)懸架的動(dòng)力學(xué)模型并實(shí)施 控制；二是控制方法的設(shè)計(jì)。同樣一個(gè)數(shù)學(xué)模型，采用不同的控制規(guī)律，最終 所得到的懸架特性往往是不一樣的。因此，如何合理選擇研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 以及針對(duì)懸架特性采用合適的控制方法，是半主動(dòng)懸架研究的一個(gè)重要內(nèi)容。 1 2 1 半主動(dòng)懸架控制技術(shù)的研究 以下介紹目前半主動(dòng)懸架常用的控制方法和特點(diǎn)以及發(fā)展動(dòng)態(tài)。 一天棚控制原理訂以1 半主動(dòng)懸架最早的控制方法是由美國(guó)d k 枷o p p 教授提出的天棚控制理 論，它的邏輯思想基于：假設(shè)減振器接在一個(gè)固定點(diǎn)和簧載質(zhì)量之間，稱為“天 棚阻尼器”。它直接作用于簧載質(zhì)量，可以大幅度降低簧載質(zhì)量的振動(dòng)。天棚控 制原理由于其控制算法簡(jiǎn)單，作為經(jīng)典的懸架控制理論，得到了廣泛的應(yīng)用， 但是天棚阻尼控制只解決了懸架系統(tǒng)的舒適性而沒有很好地解決操縱穩(wěn)定性問 題，同時(shí)，它還需要測(cè)量簧載質(zhì)量的絕對(duì)速度和非簧載質(zhì)量之間的相對(duì)速度作 為輸入信息，而由于絕對(duì)速度不太容易取得，因此這也成了該研究方法的主要 缺陷。 二最優(yōu)控制方法9 卅 最優(yōu)控制問題是指在被控對(duì)象的初始條件及參數(shù)已知的情況下，在所有可 能的控制規(guī)律中尋求一種最優(yōu)的控制規(guī)律，使評(píng)價(jià)系統(tǒng)工作優(yōu)劣的性能指標(biāo)達(dá) 到最佳。應(yīng)用于車輛懸架控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法可以分為線性最優(yōu)控制、h 。 最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)報(bào)控制等三種。 1 線性最優(yōu)控制 它是建立在系統(tǒng)模型較為理想的基礎(chǔ)上，采用受控對(duì)象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與控制 輸入的加權(quán)二次型作為性能指標(biāo)，同時(shí)保證受控結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性條件下實(shí)現(xiàn)最 優(yōu)控制。研究時(shí)一般選取車身垂直加速度，懸架動(dòng)撓度，車輪動(dòng)載荷及控制變 量作為主要性能指標(biāo)。 4 線性最優(yōu)控制方法在系統(tǒng)建模時(shí)忽略了高階動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，如車架、輪胎的高 階模態(tài)以及減振器、傳感器的動(dòng)態(tài)特性等，所得到的控制參數(shù)是根據(jù)確定的系 統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出來的，僅能對(duì)理想的數(shù)學(xué)模型保證預(yù)期的性能。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化 到一定程度時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，控制參數(shù)不再使性能指標(biāo)最優(yōu)，有時(shí) 甚至?xí)箲壹苄阅軔夯?shí)際的懸架系統(tǒng)是含有許多不確定因素的非線性、時(shí) 變、高階動(dòng)力系統(tǒng)，難以用定常反饋系統(tǒng)得到預(yù)定的性能要求，所以此方法在 半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中應(yīng)用很少。 2 。h ?？刂? 2 1 h 。最優(yōu)控制是8 0 年代出現(xiàn)的理論，是目前解決魯棒性問題較為成功且比 較完善的理論體系。車輛懸架h 。最優(yōu)控制的基本思想是：引入了懸架系統(tǒng)中激 勵(lì)至誤差信號(hào)傳遞函數(shù)即靈敏度函數(shù)的范數(shù)作為評(píng)價(jià)這類干擾影響的指標(biāo)。它 是設(shè)計(jì)控制器在保證閉環(huán)系統(tǒng)各回路穩(wěn)定的條件下，使相對(duì)于噪聲干擾的輸出 取極小的一種最優(yōu)控制方法。該方法可以減少由于車身質(zhì)量、輪胎剛度、減振 器阻尼系數(shù)以及車輛結(jié)構(gòu)高頻柔度模態(tài)等變化不確定誤差的影響，應(yīng)用h ?？刂?方法可實(shí)現(xiàn)車輛懸架系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性n 。 上海交通大學(xué)傅志方等人用h 。方法設(shè)計(jì)了雙線性系統(tǒng)的控制器，通過頻域 整形以及抗干擾設(shè)計(jì)給出了半主動(dòng)懸架控制器設(shè)計(jì)的新途徑“6 1 。 3 最優(yōu)預(yù)報(bào)控制 它是利用車輛前輪的擾動(dòng)信息預(yù)估路面的干擾輸入，控制策略是把所測(cè)量 的狀態(tài)變量反饋給前后控制器實(shí)施最優(yōu)控制。預(yù)先估計(jì)路面的激勵(lì)，現(xiàn)在通常 有兩種方法：一種是利用預(yù)測(cè)傳感器( 指可測(cè)定路面高程差的紅外線或超聲波 探測(cè)儀) ；另一種是將前輪垂直運(yùn)動(dòng)的信息用于懸架的預(yù)測(cè)當(dāng)中。a h a c 對(duì)一個(gè) 二自由度的汽車模型實(shí)施了最優(yōu)預(yù)報(bào)控制，并在時(shí)域和頻域中考察了由預(yù)報(bào)信 息引起的舒適性、車輛接地性以及懸架工作空間和能量消耗等參數(shù)的改變。結(jié) 論顯示，應(yīng)用預(yù)報(bào)控制不僅改善了行駛乘座質(zhì)量，而且降低了控制所消耗的能 量n 。 荷蘭的r g m h u i s m a n 和f 。e v e l d p a u s 等人基于最優(yōu)控制理論，設(shè)計(jì) 應(yīng)用帶有預(yù)測(cè)的連續(xù)時(shí)間控制策略，控制對(duì)象為兩自由度的牽引車全主動(dòng)懸架， 控制目標(biāo)為簧載質(zhì)量的振動(dòng)加速度，考慮路面為階躍輸入時(shí)，與被動(dòng)懸架相比 較，控制耳標(biāo)有了較大幅度地降低”。 中南工業(yè)大學(xué)劉少君用高速的開關(guān)閥進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，所用的控制邏輯是 天棚阻尼、最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)見控制，試驗(yàn)在單一頻率的正弦激勵(lì)下進(jìn)行，取 得了一定的效果n 。 三自適應(yīng)控制2 0 2 3 1 自適應(yīng)控制是指系統(tǒng)的輸入和干擾發(fā)生較大范圍的變化時(shí)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 能夠自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)或控制策略，使系統(tǒng)仍能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 白適應(yīng)控制所處理的是具有“不確定性”的系統(tǒng)。它通過對(duì)隨機(jī)變量性能 的觀測(cè)和辨識(shí)，設(shè)法降低這種不確定性。按自適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)辨識(shí)所得 的過程信息，可作出控制決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或控制作用，以便在 某種意義下使控制結(jié)果達(dá)到最優(yōu)或次最優(yōu)，或達(dá)到某個(gè)預(yù)期性能目標(biāo)。就懸架 而言，由于其影響參數(shù)眾多，且相互間還有耦合，其中一些參數(shù)還有時(shí)變，因 此，該方法具有一定的優(yōu)越性。從仿真計(jì)算結(jié)果中可以證明這種方法是行之有 效的，但算法較復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的要求較高。 應(yīng)用于車輛懸架振動(dòng)控制的自適應(yīng)控制方法主要有自校正控制( s e l f t u n i n g c o m r o ls y s t e m ) 和模型參考自適應(yīng)控制( m o d e lr e f e r e n c ea d a p t i v ec o n t r 0 1 s y s t e m ) 兩類控制策略。 自校正控制是一種將受控對(duì)象參數(shù)在線識(shí)別與控制器參數(shù)整定相結(jié)合的控 制方法。模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)采用了一個(gè)被稱為參考模型的輔助系統(tǒng)，加 到可調(diào)系統(tǒng)的指令同時(shí)也是參考模型的輸入量，模型的輸出量可用來確定期望 的性能指標(biāo)。它應(yīng)用于汽車減振系統(tǒng)的原理是當(dāng)外界激勵(lì)條件和車輛自身參數(shù) 狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，被控車輛的振動(dòng)輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ汀?采用自適應(yīng)控制的車輛懸架阻尼減振系統(tǒng)可以較好地改善車輛的行駛特 性，這在德國(guó)大眾公司的底盤上得到了應(yīng)用。 美國(guó)a k r o n 大學(xué)的y u e h j a w 和l i ny i q i n gl u 等設(shè)計(jì)的是一個(gè)模型參考自 校正模糊控制器，第一個(gè)控制器執(zhí)行對(duì)簧載質(zhì)量加速度的主要控制，而第二個(gè) 控制器則根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整有關(guān)參數(shù)“”。 北京理工大學(xué)碩士曾志華、金達(dá)鋒設(shè)計(jì)了阻尼連續(xù)可調(diào)的減振器，進(jìn)行了 可調(diào)阻尼減振器的特性實(shí)驗(yàn)，并以汽車二自由度簡(jiǎn)化模型為被控對(duì)象，分別利 用m c s 5 l 單片機(jī)以及i b m p c x t 微機(jī)為控制器進(jìn)行了模擬汽車模型的自適應(yīng) 控制臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果n 扣2 釉。他們的研究重點(diǎn)在于可調(diào)阻尼 減振器的設(shè)計(jì)方面，對(duì)懸架自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制方法，控制機(jī)理涉及較少。 四模糊控制2 9 以們 自1 9 6 5 年美國(guó)的自動(dòng)控制理論專家l a z a d e h 首次提出模糊集合的概念以 來，模糊集合理論得到了飛速的發(fā)展，勞在很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，特別在控制 中的應(yīng)用尤為引人注目。模糊系統(tǒng)不僅在工業(yè)控制中獲得了很大的成功，而且 也已擴(kuò)展到了很多其他領(lǐng)域。 由于模糊控制主要是模仿人的控制經(jīng)驗(yàn)，而不是依賴于控制對(duì)象的模型， 因此，模糊控制實(shí)現(xiàn)了人的某種智能，所以也把它稱之為一種智能控制。模糊 控制不需要準(zhǔn)確的控制對(duì)象模型，它是以大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)，主要依賴于 模糊規(guī)則和模糊變量的隸屬度函數(shù)，而無需知道輸入和輸出之間的數(shù)學(xué)依存關(guān) 系。其控制模型可以逼近任意的連續(xù)函數(shù)，控制邏輯簡(jiǎn)潔有效，非常適合于懸 架系統(tǒng)的控制。近年來許多研究人員和工程師用模糊控制的方法對(duì)車輛懸架進(jìn) 6 行了大量的研究，對(duì)提高汽車的平順性，減少車輛的振動(dòng)起到了一定的成效。 自9 0 年代以后，模糊控制方法被逐步應(yīng)用在車輛懸架系統(tǒng)的控制中。具有 代表性的是日本德島大學(xué)芳村敏夫教授的研究工作h 3 2 1 ，他把模糊理論應(yīng)用 于車輛懸架半主動(dòng)和主動(dòng)控制系統(tǒng)，基于四自由度動(dòng)力學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)模 擬分析來控制車身的垂直振動(dòng)和俯仰振動(dòng)，其結(jié)果證明了采用模糊控制方法的 有效性。 印度工學(xué)院的m v c r a o 設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)懸架系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)式模糊邏輯控 制器，這個(gè)基于規(guī)則的控制器可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集的車身垂直加速度及其變化率 修改隸屬度函數(shù)中的各個(gè)參數(shù)。通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它的有效性n ”。 模糊控制方法在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的應(yīng)用效果比常規(guī)控制方法有效，特別 是基于專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的模糊控制正逐步成為解決具有非線性、復(fù)雜和不確定 性因素的有效方法，其在硬件方面的研究也取得了許多成果，出現(xiàn)了許多成形 的產(chǎn)品。y o s h i m u r a 等人研制了一種基于模糊推理的，帶有可調(diào)減振器的汽車 半主動(dòng)懸架，其工作原理是：調(diào)整減振器產(chǎn)生的阻尼力，使車輛質(zhì)心加速度的 均方值在懸架動(dòng)行程和輪胎動(dòng)變形容許的條件下最小，其中懸架的動(dòng)行程和其 時(shí)間系數(shù)作為模糊控制的輸入變量，可調(diào)減振器固定在前橋和后橋上，它們之 間參數(shù)的區(qū)別由前后輪的延時(shí)而定，模擬結(jié)果顯示出該方案對(duì)汽車加速性能有 很大的改善3 4 1 。但是模糊控制存在的不足之處是控制模型的建立需要大量的試 驗(yàn)，由于被控對(duì)象的復(fù)雜性，人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)有一個(gè)漸進(jìn)的過程，人為的選擇 往往缺乏準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性，而造成控制器的設(shè)計(jì)無法保證有最優(yōu)的控制性能。 五神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制b 弘” 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究從4 0 年代開始，至今已有近6 0 年的歷史了。1 9 8 7 年6 月 在美國(guó)圣地亞哥召開了第一屆世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議，標(biāo)志著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究在世界 范圍內(nèi)形成了高潮。之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究得到了迅猛的發(fā)展，1 9 8 9 年我國(guó)在 廣州召開了全國(guó)第一屆神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理會(huì)議，9 0 年我國(guó)八個(gè)一級(jí)學(xué)會(huì)聯(lián)臺(tái) 在北京召開了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)首屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議，此后，每年都有此類相關(guān)會(huì)議召開。 因此，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究受到空前的關(guān)注，并引起了許多 領(lǐng)域研究人員的極大的興趣。 從本質(zhì)上看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種不依賴模型的自適應(yīng)函數(shù)估計(jì)器，它不需要 知道輸入和輸出之間存在著怎樣的數(shù)學(xué)關(guān)系，即給定一個(gè)輸入，可以得到一個(gè) 輸出。它是以對(duì)信息的分布式存貯和并行處理為基礎(chǔ)，具有自組織、自學(xué)習(xí)的 功能，在很多方面更接近人對(duì)信息的處理，具有模擬人的形象思維的能力，反 映了人腦功能的若干基本特性，但它并不是人腦的逼真描述，而只是它的某種 抽象、簡(jiǎn)化和模擬。 鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在控制系統(tǒng)中采用這一工具對(duì)難以精確描述的復(fù)雜 的非線性對(duì)象進(jìn)行建模，或充當(dāng)控制器，或優(yōu)化計(jì)算，或進(jìn)行推理，或故障診 7 斷等以及同時(shí)兼有上述某種功能的適應(yīng)組合，都能發(fā)揮重要的作用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 是一個(gè)由大量處理單元( 神經(jīng)元) 所組成的高度并行的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，其特 點(diǎn)是可學(xué)習(xí)性和巨量并行性，故在車輛懸架振動(dòng)控制中有廣泛的應(yīng)用前景。 m o f a na 等把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法用于非線性懸架動(dòng)力系統(tǒng)的識(shí)別和實(shí)施最優(yōu)控 制日。研究表明用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的非線性懸架系統(tǒng)，和用傳統(tǒng)的l q 調(diào)節(jié)器控 制的懸架相比，具有更好的性能。此外，還可以應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計(jì)車輛主 動(dòng)懸架系統(tǒng)的動(dòng)力補(bǔ)償器型控制器。 日本的m o r a na n t o n i o 和n a g a im a s a o 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用于主動(dòng)懸架 上，通過神經(jīng)觀測(cè)器辨識(shí)出懸架的逆動(dòng)力學(xué)特性f c h a r a c r e r i s t i c so fi n v e r s e d y n a m i c s ) ，從而在此基礎(chǔ)上，神經(jīng)控制器采用非線性最優(yōu)控制策略對(duì)懸架進(jìn)行 控制，減小汽車振動(dòng)，但它們只是通過計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證了此控制策略的正 確性，并沒有進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)”。 但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不適于表達(dá)基于規(guī)則的知識(shí)，需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間，因此， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)須與其他控制方法相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制模式，才能具有更大的實(shí)際應(yīng) 用。 南京建筑工程學(xué)院張廟康教授采用模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法研究 車輛半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)。基于懸架半主動(dòng)控制的k a r n o p p 和s m 方法，應(yīng)用 模糊推理和i f t h e n 產(chǎn)生式規(guī)則，通過隸屬度傳遞法則進(jìn)行控制知識(shí)的處理， 同時(shí)引入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)汽車單質(zhì)量的半主動(dòng)懸架振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，以車身垂直振 動(dòng)加速度及其變化率組合的評(píng)價(jià)函數(shù)最小為目標(biāo)，采用優(yōu)化層間權(quán)重的學(xué)習(xí)算 法求解，其計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果證明了該半主動(dòng)振動(dòng)控制方法的優(yōu)越性”。 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械汽車學(xué)院陳無畏教授等人對(duì)汽車半主動(dòng)懸架非線性特 性，多年來進(jìn)行了潛心的研究，提出了自適應(yīng)模糊控制策略、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 控制策略，通過仿真計(jì)算，達(dá)到了預(yù)期的控制效果，并且進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，其 試驗(yàn)結(jié)果也表明了半主動(dòng)懸架的優(yōu)良減振性能”4 ”。 北京理工大學(xué)管繼富、侯朝楨等入針對(duì)二自由度1 ，4 車輛，提出了基于神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)模糊控制策略，設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能根據(jù)振動(dòng)響應(yīng)的方差遞 推結(jié)果來辨識(shí)車體的振動(dòng)情況。實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)模糊控制器的量化因子，使模糊控制 器對(duì)路面的變化具有自適應(yīng)的能力1 。 六遺傳算法和模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的融合 在優(yōu)化理論中新近發(fā)展的遺傳算法是一種全局隨機(jī)尋優(yōu)算法，它模擬生物 進(jìn)化的過程，來逐步達(dá)到最好的結(jié)果，已在許多領(lǐng)域中獲得了應(yīng)用。 1 遺傳算法在模糊控制中的應(yīng)用 模糊控制是用關(guān)于推理對(duì)象的知識(shí)和語言描述韻一組模糊條件語句，模糊 推理雖然是一種善于表現(xiàn)知識(shí)的推理方法，但它沒有本質(zhì)地獲得知識(shí)的能力。 將遺傳算法和模糊控制相融合。能賦予模糊推理知識(shí)獲得能力，適于對(duì)給予的 數(shù)據(jù)自動(dòng)地構(gòu)成推理機(jī)構(gòu)。 將遺傳算法應(yīng)用于模糊推理時(shí)，根據(jù)應(yīng)用的情況可分為三類：應(yīng)用在模糊 規(guī)則的前件；應(yīng)用在模糊規(guī)則的后件；同時(shí)應(yīng)用在模糊規(guī)則的前件及后件。 2 遺傳算法在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中的應(yīng)用 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于控制系統(tǒng)，多采用多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，當(dāng)采用b p 學(xué)習(xí) 算法時(shí)，由于需要提供教師信號(hào)對(duì)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，對(duì)時(shí)變系統(tǒng)這種訓(xùn)練難以達(dá)到很 高精度。此外，由于b p 算法采用梯度法難免出現(xiàn)局部最小問題。為此，采用 遺傳算法學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)，不僅發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有廣泛映射能力，而且由 于采用遺傳算法也使網(wǎng)絡(luò)具有快速收斂以及增強(qiáng)式學(xué)習(xí)能力。 遺傳算法和模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相融合的研究也有很多。如日本名 古屋大學(xué)橋山智訓(xùn)等2 1 采用遺傳算法設(shè)計(jì)車輛懸架半主動(dòng)系統(tǒng)的模糊控制黯， 計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示結(jié)合遺傳算法的模糊推理方法比常規(guī)方法更有效。 東南大學(xué)的侯光鈺、張為公以車輛a b s 的控制為研究對(duì)象，采用1 ，4 的車 輛系統(tǒng)模型，在模糊控制策略的基礎(chǔ)上，嘗試采用遺傳算法來優(yōu)化模糊控制器 的隸屬度函數(shù)的分布。仿真結(jié)果表明，用遺傳算法優(yōu)化模糊控制器能夠收到良 好的效果，而且可以克服依賴專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊控制器設(shè)計(jì)的不足3 1 。 合肥工業(yè)大學(xué)朱婉玲等人建立了二自由度半主動(dòng)懸架線性系統(tǒng)模型，通過 基于遺傳算法和l q g 控制的集成優(yōu)化仿真研究，表明半主動(dòng)懸架系統(tǒng)在集成優(yōu)化 后相對(duì)于未集成優(yōu)化的系統(tǒng)可以明顯改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而且系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié) 果是全局較優(yōu)的，并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，結(jié)果表明集成優(yōu)化系統(tǒng)較未集成優(yōu)化系 統(tǒng)具有很好的減振性能鍆。 除了上述介紹的幾種汽車懸架常用的控制方法以外，還有其它一些控制方 法如魯棒控制( r o b u s tc o n t r 0 1 ) 等，在此不再一一詳述。 另外，目前研究人員已開始尋求懸架控制系統(tǒng)與a b s ( 防抱制動(dòng)系統(tǒng)) 、4 w s ( 四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)) 、4 w d ( 四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)) 等的融合，形成“智能底盤”，以達(dá) 到資源共享，整合功能，提高性能，降低成本的目的。 1 2 2 實(shí)際應(yīng)用方面 有關(guān)主動(dòng)懸架的應(yīng)用實(shí)例也不少。由于主動(dòng)懸架的成本相對(duì)較高，因此國(guó) 內(nèi)的汽車公司應(yīng)用實(shí)例還很少見，這主要集中在國(guó)外的一些大的汽車公司。 近年來，豐田、現(xiàn)代、雪鐵龍、日產(chǎn)等國(guó)外的一些大汽車公司已成功地將 電控式主動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架制成產(chǎn)品，應(yīng)用到實(shí)際車輛上。如法國(guó)雪鐵龍豪 華轎車，韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司生產(chǎn)的新型s 0 n a l 限高檔型轎車，高檔的尼桑轎車 等等。日本豐田在s o a r e r 中型轎車上首先應(yīng)用了阻尼有級(jí)可調(diào)的半主動(dòng)懸架 系統(tǒng)，并將最初的三級(jí)阻尼可調(diào)發(fā)展為多級(jí)阻尼可調(diào)，擴(kuò)大了選擇的范圍，提 高安全性1 0 ，提高平順性7 左右。其優(yōu)點(diǎn)是能在壞路面條件下，或轉(zhuǎn)彎、 制動(dòng)時(shí)將阻尼調(diào)節(jié)到很大，使行駛安全性大幅度提高。 另外，全主動(dòng)懸架系統(tǒng)已在高速賽車上進(jìn)行了試驗(yàn)，預(yù)計(jì)全主動(dòng)懸架的應(yīng) 用可能大幅度推動(dòng)賽車的發(fā)展。在8 0 年代初的一輛賽車上試驗(yàn)證明：其彎道行 駛橫向加速度可以達(dá)到8 9 ，而且具有較小的離地間隙。如在被動(dòng)系統(tǒng)要達(dá)到同 樣水平，則彈簧剛度至少要提高五倍以上，而且由空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)引起車身?yè)u 擺，只能通過增加阻尼來減小”。 如今市場(chǎng)上的日產(chǎn)無限、陸虎、奔馳、豐田和凱迪拉克等汽車上至少裝備 了一個(gè)能根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行軟硬調(diào)節(jié)的懸架部件，而且系統(tǒng)一般通過多個(gè)傳感 器采集車輛各方向的振動(dòng)速度、加速度、位移信號(hào)，以及轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速等 信號(hào)來調(diào)控懸架的軟硬、車身姿態(tài)以及車身高度等，從而使懸架的綜合性能達(dá) 到大幅度提高。 1 3 本課題研究的目的和意義及主要內(nèi)容 1 3 1 目的和意義 汽車振動(dòng)是影響行駛平順性的主要因素。合理地設(shè)計(jì)汽車減振系統(tǒng)，可很 好地改善其行駛平順性。汽車減振系統(tǒng)主要采用由彈性和阻尼元件構(gòu)成的懸架。 傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架其基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理論已基本發(fā)展成熟，再想提高汽車性能的 潛力已經(jīng)很小了，進(jìn)入9 0 年代利用電子技術(shù)改進(jìn)汽車工業(yè)及其產(chǎn)品己成為世界 各汽車廠家面臨的重大課題，而汽車主動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架的研究開發(fā)就是其 中一個(gè)重要項(xiàng)目。尤其是阻尼可調(diào)的半主動(dòng)懸架，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗能很小， 可根據(jù)汽車行駛狀態(tài)和道路激勵(lì)大小主動(dòng)作出響應(yīng)，以保持懸架系統(tǒng)始終處于 最優(yōu)狀態(tài)，其性能接近于全主動(dòng)懸架，因此成為人們開發(fā)研究的重點(diǎn)產(chǎn)品。隨 著半主動(dòng)懸架的進(jìn)一步研究與發(fā)展，成本將進(jìn)一步降低，其應(yīng)用前景更為廣闊。 1 3 2 主要內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容為： 1 建立四自由度1 2 汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型。 2 采用模糊邏輯控制的方法，設(shè)計(jì)不同調(diào)整因子的模糊控制器，然后利用 控制仿真軟件m a t l a b s i m u l i i l k 進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。 3 基于遺傳算法的模糊控制器設(shè)計(jì)，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。 4 研制以8 0 9 8 單片機(jī)為主控元件的半主動(dòng)懸架模糊控制系統(tǒng)，進(jìn)行控制 系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)；并將采用模糊控制的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)裝車，進(jìn)行道路行 駛實(shí)驗(yàn)。通過與被動(dòng)懸架的試驗(yàn)結(jié)果比較，分析驗(yàn)證模糊控制半主動(dòng)懸架的實(shí) 際控制效果。 1 0 第二章建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 對(duì)汽車的研究，是圍繞“道路一車輛一人”所構(gòu)成的系統(tǒng)來進(jìn)行的。因此， 在進(jìn)行控制系統(tǒng)的研究之前，其首要問題是要建立系統(tǒng)的振動(dòng)模型，道路模型 和響應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 2 1 懸架系統(tǒng)的控制特性分析 控制對(duì)象的主要特性是選擇合適控制方法的依據(jù)，懸架系統(tǒng)作為控制對(duì)象 具有以下一些特點(diǎn)： 1 不確定性 決定懸架系統(tǒng)特性的參數(shù)有很多，國(guó)外曾有學(xué)者建立了含有8 1 個(gè)參數(shù)的懸 架模型，但即使這樣，仍有一些影響因素沒有充分考慮進(jìn)去，而常規(guī)的簡(jiǎn)化應(yīng) 用模型所考慮的就更少了，這些在建立模型時(shí)忽略的因素，是否在系