陳 杰，趙 強，孫子堯，范超雄

（東北林業(yè)大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引言

車輛懸架系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性與平順性。隨著汽車運行速度與道路條件的提高，普通的懸架已經(jīng)很難滿足駕乘的舒適性，所以新型懸架技術(shù)成為研究的熱點。半主動懸架[1]能提高車輛的平順性，其性能接近于主動懸架、安全性好、成本低。可變的磁流變阻尼器是利用功能材料—磁流變產(chǎn)生的可控阻尼減振器具有控制方法靈活、結(jié)構(gòu)簡單。

1 1/4 車輛懸架系統(tǒng)動力學模型

車輛懸架系統(tǒng)具有復雜性，基于懸架系統(tǒng)類型、車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等要求對系統(tǒng)進行了適當簡化。1/4 車輛模型[2]是最常采用車輛懸架控制系統(tǒng)的基礎模型。并且它是二自由度雙質(zhì)量的力學模型，對車輛垂直振動進行了考慮，但未對車身的俯仰和側(cè)傾進行考慮。它雖然沒有體現(xiàn)出車輛整體信息，但包含了車輛性能分析主要特征。例如輪胎動載荷變化、車身地板振動和懸架動行程等。影響車輛的乘坐舒適性主要因素是車身垂直振動。1/4 車輛二自由度懸架模型，如圖1 所示。

假設輪胎不脫離地面，該系統(tǒng)動力學方程為：

圖1 二自由度的1/4 車輛半主動懸架模型Fig.1 The quarter model with semi-active suspension

式中：mt—簧下質(zhì)量；ms—簧上質(zhì)量；ks—懸架剛度；kt—輪胎剛度；cs—懸架阻尼，xt、xs、q—簧 下 質(zhì)量、簧載質(zhì)量和路面輸入的位移；Fd—半主動控制力。

其中ms=400kg、mt=40kg、ks=16kN/m、cs=1.5kN·s/m、kt=158kN/m。

2 設計模糊控制的輸入和輸出變量

系統(tǒng)動力學方程建立后，需要定義輸入變量和輸出變量，它們分別是車身加速度、路面輸入和主動控制力，在Matlab/Simulink 模型里建立相關(guān)變量，并對三個變量進行輸出模型。

3 建立模糊控制模型和規(guī)則

利用MATLAB/Simulink 模塊搭建模糊控制的1/4 車輛模型，并是該模型采用模糊控制器結(jié)構(gòu)中常用的二維模糊控制結(jié)構(gòu)[3]。采集車身在垂直方向的加速度速度s，然后與目標值比較，計算出相應的誤差e 及誤差變化ec，再將e 及ec 分別模糊成E 及EC，結(jié)合控制規(guī)則推理得到結(jié)果，最后將結(jié)果反模糊化以得到需要的半主動控制力Fd作為輸出量，利用傳感器測出車身的加速度a，輸入到模糊控制器，該控制器經(jīng)過計算輸出Cs。

將誤差E、誤差變化EC 以及減振器的阻尼系數(shù)Cs都模糊成7 個模糊子集{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，論域為[-5，5]，控制器的變量均利用三角形分布隸屬度函數(shù)[4]。通過控制量的調(diào)整，建立模糊規(guī)則，如表1 所示。

表1模糊控制規(guī)則Tab.1FuzzyControlRule

圖2 模糊控制規(guī)則的曲面Fig.2 The surface of fuzzy control rule

利用Matlab 的模糊邏輯工具箱的邏輯控制器來實現(xiàn)該規(guī)則，模糊控制規(guī)則曲面，如圖2 所示。

根據(jù)本文以上提供的動力學模型、控制規(guī)則、變量的論域及對應的模糊子集，模擬人的推理方法、知識表達，建立了以下的模糊控制圖，如圖3 所示。

圖3 Simulink 控制圖Fig.3 Simulink control chart

4 仿真結(jié)論及分析

仿真的路面激勵利用白噪聲作為輸入，車速為20m/s，運行在C 級路面上，仿真時間為50s，由此得出半主動模糊控制懸架與被動懸架的簧載質(zhì)量加速度效果見圖4，圖5。

圖4 被動控制的懸架加速度（橫軸為時間 （s），縱軸為加速度 （m/s2））Fig.4 The Suspension Acceleration with Passive Control（Axis X （s），Axis Y （m/s2））

圖5 模糊控制的懸架加速度（橫軸為時間 （s），縱軸為加速度 （m/s2））Fig.5 The Suspension Acceleration with Fuzzy Control（Axis X （s），Axis Y （m/s2））

從仿真效果圖中可以得出，模糊控制的半主動懸架在懸架垂直加速度控制方面明顯優(yōu)于被動懸架，在保證安全性基礎下，能大幅度降低懸架的加速度，滿足了人們對舒適性的要求。半主動模糊控制系統(tǒng)的懸架減振效果強于被動控制懸架，從而減少懸架擊穿的可能性，同時提高車輛的操縱穩(wěn)定性。

[1] 蔣光紅.汽車半主動懸架非線性控制方法的研究[D]，重慶大學，2003.

[2] AlesKruczek;AntoninStribrskyAfull -carmodelforactivesuspension -somepracticalaspects2004.

[3] 王士明，等.半主動懸架及其控制[J].汽車技術(shù)，1999，12.

[4] T.Yoshimura, K.Nakaminami. A semi-active suspension with dynamic absorbers of groundvehicles using fuzzy reasoning[J].Journal of Vehicle Design, 1997,1.