宋慧新，李翠芬

（中國北方車輛研究所，北京 100072）

基于模糊控制的鉸接車抗側(cè)翻控制

宋慧新，李翠芬

（中國北方車輛研究所，北京 100072）

文章針對鉸接礦用車輛易發(fā)生側(cè)傾的問題，提出了抗側(cè)翻控制系統(tǒng)。應(yīng)用模糊控制，建立了多級阻尼調(diào)節(jié)的抗側(cè)翻控制規(guī)則與算法。同時為兼顧車輛正常行駛的平順性控制，設(shè)計了協(xié)調(diào)控制算法。經(jīng)過實車試驗測試，證明了所設(shè)計的抗側(cè)翻控制算法是有效的。

抗側(cè)翻控制；鉸接車；模糊控制

鉸接車輛在道路行駛時，為避開障礙物，實施緊急轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向過程中，由于其鉸接特性，使得其轉(zhuǎn)向半徑過小，同時整車分布在各輪上的載荷也發(fā)生了變化，極易導(dǎo)致車輛側(cè)翻。如何通過合理控制，解決車輛側(cè)翻問題，是設(shè)計人員面臨的主要問題。

1 抗側(cè)翻控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 抗側(cè)翻系統(tǒng)原理圖

文章設(shè)計抗側(cè)翻控制系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)中懸架油缸配兩個蓄能器，一個高壓蓄能器，一個低壓蓄能器，在低壓蓄能器與油缸之間，設(shè)置有阻尼調(diào)節(jié)閥。剛度的調(diào)節(jié)是通過兩個蓄能器切換實現(xiàn)的，阻尼的調(diào)節(jié)是通過阻尼調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)的?？刂破鞑杉囁傩盘?、車輛轉(zhuǎn)角信號，橫向加速度信號，通過內(nèi)置的模糊控制算法，控制阻尼調(diào)節(jié)閥，形成多級阻尼調(diào)節(jié)的抗側(cè)翻控制?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)增加的傾角傳感器，可以進(jìn)行車輛是否側(cè)坡行駛的控制；根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角信號或運載艙相對駕駛艙的轉(zhuǎn)角信號、橫向加速信號、依據(jù)模糊控算法進(jìn)行阻尼的控制。

2 抗側(cè)翻模糊控制算法的設(shè)計

為提高抗側(cè)翻性能，需對轉(zhuǎn)向時的外側(cè)懸架進(jìn)行控制，采用模糊控制的抗側(cè)翻控制算法，以轉(zhuǎn)向角、和車速兩個信號作為模糊控制的輸入，以阻尼等級作為輸出。輸向角的范圍是［-45°～0°］，用 5 個模糊子集來確定，即 L、LM、MS、S、ZE。車速的范圍是［0～50］，用5個模糊子集來確定，即 L、LM、MS、S、ZE。多級阻尼輸出，定義為 0、1、2、3、4、5、6、7，分別代表0-7級的阻尼調(diào)節(jié)。根據(jù)實車狀態(tài)，確定了模糊控制的控制規(guī)則，如表1所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

但是提高平順性的同時，必將惡化操縱穩(wěn)定性，為此研究綜合的控制算法。當(dāng)車輛有轉(zhuǎn)向時，將超過一定值，如超過設(shè)定值15度時，即開啟相反側(cè)懸架的抗側(cè)翻控制。而同側(cè)的懸架依然控設(shè)定的半主動懸架控制算法執(zhí)行。

3 抗側(cè)翻功能效果

通過實車試驗，驗證抗側(cè)翻效果。當(dāng)轉(zhuǎn)向角（駕駛室與車廂鉸接處）大于7±0.5度時，抗側(cè)傾控制閥就會工作，抗側(cè)傾功能有效。在原地轉(zhuǎn)向觀察實車動作，具有明顯的抗側(cè)傾效果，側(cè)傾角減小了至少5度，且抗側(cè)傾系統(tǒng)工作時，車輛駕駛室未觀察到明顯側(cè)傾。如圖2所示。

圖2 側(cè)傾角減小效果

為了驗證抗側(cè)傾系統(tǒng)的動態(tài)性能，進(jìn)行了越野場地的滿載跑車試驗。用對三軸陀螺儀采集的側(cè)向加速度和側(cè)傾角速度數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，在基本相同側(cè)向加速度下，側(cè)傾角速度對比曲線對比如圖3所示。側(cè)傾角加速度的大小可以反映出抗側(cè)傾系統(tǒng)的抑制側(cè)傾的效果。從動態(tài)數(shù)據(jù)分析，可以得出，在抗側(cè)傾系統(tǒng)工作時，車輛的側(cè)傾角速度約減小了至少50%，具有明顯的抗側(cè)傾的效果。換言之，抗側(cè)翻系統(tǒng)將車輛的抗側(cè)翻能力至少提高了50%以上。

圖3 繞場一周的側(cè)傾角速度的對比

4 平順性效果

對越野行駛一周的垂向加速度進(jìn)行分析，并計算了均方根值，如圖4所示，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，抗側(cè)傾關(guān)閉時，加速度均方根值為0.294m/s∧2；抗側(cè)傾作用時，加速度均方根值為0.397m/s∧2。

垂直加速度的大小可以直接反映出抗側(cè)傾系統(tǒng)減振效果，即車輛的平順性。由圖4可看出，在抗側(cè)傾系統(tǒng)工作時，車輛的垂直加速度會有所增加。這是因為抗側(cè)傾系統(tǒng)在工作時，其通過增加彈簧剛度來抑制側(cè)傾。但其垂直加速度與靜態(tài)相比，最大增加2.5m/s2，相當(dāng)于增大0.25g。對車輛平順性無大影響。

圖4 垂向加速度對比

5 結(jié)論

文章設(shè)計的多級阻尼調(diào)節(jié)的抗側(cè)翻控制規(guī)則與算法，與協(xié)調(diào)控制算法。經(jīng)過實車試驗測試，證明是有效的。

宋慧新（1978-），男，碩士，主要研究方向：主動懸掛控制。