王偉 張德

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)和汽車工業(yè)的發(fā)展，空氣懸架已逐漸成為豪華汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。本文主要以半主動懸架系統(tǒng)為研究對象，從電控空氣懸架系統(tǒng)構(gòu)成、模糊控制理論、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計、正弦激勵下系統(tǒng)模型的仿真等方面進行設(shè)計開發(fā)總結(jié)和闡述。

關(guān)鍵詞：電控;空氣懸架;模糊控制;系統(tǒng)設(shè)計

0 概述

汽車的普及和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對汽車的要求越來越高，希望汽車具有良好的操作穩(wěn)定性和行駛平順性。電控空氣懸架系統(tǒng)能夠利用各種傳感器檢測出汽車行駛狀態(tài)參數(shù)，通過核實的控制算法，最大限度地改善汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，同時降低車輛對路面破壞的影響?？諝鈶壹茈娍叵到y(tǒng)對于提高整車技術(shù)含量意義深遠，是一項非常值得關(guān)注和研究重要課題。

1 電控空氣懸架系統(tǒng)構(gòu)成

電控空氣懸架主要由各種傳感器（車身高度傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、懸掛控制開關(guān)等）、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行機構(gòu)（直流電動機式執(zhí)行器、步進電動機式執(zhí)行器、電磁閥、繼電器、故障指示燈等）三部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 模糊控制理論

（1）模糊控制系統(tǒng)主要由被控對象和模糊控制器兩部分組成。被控對象要在一定的約束條件下工作來實現(xiàn)人們的某種目的，由若干個裝載或設(shè)備組成的一個群體。模糊控制器是整個模糊控制系統(tǒng)的核心部分，也是模糊控制系統(tǒng)與其它自動系統(tǒng)區(qū)別的主要標(biāo)志。

（2）模糊控制器主要由輸入模糊化、知識庫、模糊推理和解模糊化四部分組成。模糊控制器基本設(shè)計流程如下：①輸入輸出變量的選定及從精確量到論域元素的轉(zhuǎn)換。②輸入輸出變量模糊語言值和隸屬度函數(shù)的確定。③模糊控制規(guī)則的建立。④輸出信息解模糊化方法的建立。

3 模糊系統(tǒng)控制設(shè)計

3.1 系統(tǒng)模型的建立

由于車輛的空氣懸架系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性動力系統(tǒng)，很難對此建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此就需要根據(jù)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)形式，在精確度和模型的簡化之間進行一下折中，達到研究方便同時又突出問題實質(zhì)的目的。由此，把空氣懸架簡化為并聯(lián)的空氣彈簧和減振器，構(gòu)建了1/4車輛兩自由度模型振動系統(tǒng)，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，運用牛頓第二定律建立半主動空氣懸架系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，由于半主動空氣懸架系統(tǒng)未能建立存精確的數(shù)學(xué)模型，故采用不依賴于被控對象精確模型的模糊控制方法構(gòu)造模糊控制器。

3.2 模糊控制器的建立

3.2.1 確定輸入輸出變量及其模糊語言值

由于乘坐的舒適性主要取決于車體垂直方向的振動程度，所以我們把汽車車身垂直振動加速度作為評價汽車平順性的主要指標(biāo)。依據(jù)實際控制對象選用二維模糊控制器。取車身垂直加速度為偏差量e及相應(yīng)的變化率ec作為模糊控制器的輸入，懸架控制剛度后，作為控制器的輸出u。其中e取7個語言值，ec和U均取5個語言值，分別表示為：E={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，EC={NB，NS，ZO，PS，PB}，U={NB，NS，ZO，PS，PB}。其中E和EC分別表示控制器輸入的偏差和偏差變化率的模糊集合，表示輸出的模糊集合。

3.2.2 確定量化因子和比例

因子以完成從精確量到論域元素的轉(zhuǎn)換設(shè)輸入變量偏差e的實際變化范圍即基本論域為[-10，10]，模糊論域為[-3，3]，故e的量化因子為3/10;設(shè)輸入變量偏差變化率ec的基本論域為[-40，40]，模糊論域為[-3，3]，則ec的量化因子為3/40;設(shè)輸出控制量U的基本論域為[-1，1]，模糊論域為[-3，3]，故比例因子為1/3。

3.2.3 確定各模糊變量的隸屬度函數(shù)

輸入輸出變量均取同一區(qū)間[-3，3]，據(jù)此可對輸入輸出變量的各詞集進行賦值。一般情況下，隸屬函數(shù)的變化越大，表明分辨率越高，控制靈敏度也越高，故在誤差為零的附近區(qū)域多采用分辨率較高的隸屬函數(shù)，假設(shè)用隸屬度函數(shù)來描述語言變量模糊論域上的模糊語言值。

3.2.4 編寫模糊控制規(guī)則

設(shè)計和調(diào)整控制規(guī)則的準(zhǔn)則是汽車受到路面激勵時，最快使車身垂直振動的加速度為零。即當(dāng)車身垂直加速度指標(biāo)較大時，選擇控制量是以盡快消除誤差為主，而當(dāng)加速度指標(biāo)較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主。

3.2.5 確定模糊判決的方法

可采用加權(quán)平均法的理論公式來得到精確控制量。

4 正弦激勵下系統(tǒng)模型的仿真

基于上述建立的動力學(xué)模型和模糊控制方法，對半主動空氣懸架系統(tǒng)進行了計算機仿真。以車身垂直加速度為控制目標(biāo)量，對模糊控制懸架進行仿真分析。假設(shè)汽車以20m/s的速度勻速行駛，仿真時間為5s，采樣時間為0.01s，在半主動懸架具有相同結(jié)構(gòu)參數(shù)和路面激勵的情況下，與不加控制器的車身垂直加速度響應(yīng)信號進行比較，應(yīng)用模糊控制的半主動空氣懸架減振效果較好，車身加速度的變化比不加模糊控制的懸架有較大程度的減小。綜上所述，模糊控制方法能夠有效地降低車身垂直方向的加速度值，減小懸架振動的強度，從而改善了車身的穩(wěn)定性和乘坐的舒適性。

5 結(jié)束語

電控空氣懸架模糊控制系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)以半主動空氣懸架為研究對象，構(gòu)建了汽車懸架兩自由度數(shù)學(xué)模型，采用了不依賴于被控對象精確模型的模糊控制方法進行空氣懸架控制器的設(shè)計，在理論分析基礎(chǔ)上進行仿真分析，驗證控制策略的有效性，很好改善車輛的乘坐舒適性和安全性。

參考文獻：

[1]黃志國.空氣懸架控制系統(tǒng)仿真及試驗研究[J].2005.

[2]王東亮，顧亮.履帶式車輛半主動懸架模糊系統(tǒng)控制研究[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2009.