李勝 孫藝瑕 劉建均

摘 要：為了獲得更好的汽車平順性，構(gòu)建1/4汽車主動(dòng)懸架模型，采用懸架動(dòng)撓度、車身動(dòng)位移、輪胎動(dòng)載荷和輪胎垂直速度等4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行近似衡量，提出基于改進(jìn)螢火蟲優(yōu)化算法（FA）的汽車懸架PID控制，并與基于LQR控制、基于Fuzzy-PID控制下的汽車懸架平順性進(jìn)行對比。仿真結(jié)果顯示，基于改進(jìn)FA優(yōu)化的PID控制的4項(xiàng)指標(biāo)峰值均大幅降低，峰值最高下降36.1%，證明基于改進(jìn)螢火蟲優(yōu)化算法的PID控制可提高汽車平順性能。

關(guān)鍵詞：LQR控制;Fuzzy-PID控制;汽車懸架系統(tǒng);FA-PID控制

DOI： 10. 11907/rjdk.191772

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7800（2020）004-0179-04

0 引言

汽車舒適性主要依賴于汽車懸架。汽車懸架可分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種，被動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡單，早期應(yīng)用較廣[1]。然而，被動(dòng)懸架的參數(shù)固定，在外界激勵(lì)頻率發(fā)生變化時(shí)，隔振有效性降低，而主動(dòng)懸架可有效克服該缺點(diǎn)，因此逐漸得到市場肯定與學(xué)者們的關(guān)注。

周長城[2]考慮平順性與安全性等評判因素，研究了主動(dòng)汽車懸架設(shè)計(jì)和控制的相關(guān)問題;Bharali等[3]建立1/4汽車懸架模型，提出了線性二次型控制（IQR）、模糊PID控制與基于LQR的模糊控制等3種控制器，其仿真結(jié)果表明，基于LQR的模糊控制主動(dòng)懸架隔振性比其它兩種主動(dòng)懸架更佳;么鳴濤等[4]以汽車懸架動(dòng)撓度為控制器輸入變量，建立模糊PID控制器，其仿真結(jié)果表明，模糊PID控制既改善了汽車平順性能，也提高了響應(yīng)速度;Chao等[5]提出用重力搜索算法（ GSA）確定主動(dòng)汽車懸架系統(tǒng)模糊PID控制器的最優(yōu)控制參數(shù)，其研究結(jié)果表明，CSA可以調(diào)整PID控制器參數(shù)以達(dá)到最佳性能;Wang等[6]建立1/4汽車懸架模型，以車體垂直加速度為控制目標(biāo)，提出了模糊PID控制策略，并利用改進(jìn)的文化算法對模糊規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制可顯著抑制車身加速度、提高乘坐舒適性;Song等[7]為改善懸架系統(tǒng)強(qiáng)非線性與不確定性，通過泰勒公式變換將懸架系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)不同的線性子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于遺傳算法的PID控制器，其仿真結(jié)果表明，經(jīng)遺傳算法優(yōu)化后PID控制懸架系統(tǒng)具有良好的魯棒性。綜上所述，目前對平順性評價(jià)指標(biāo)與控制方法的對比研究較少。因此本文提出構(gòu)建1/4主動(dòng)汽車懸架模型，以PID控制器參數(shù)為優(yōu)化參數(shù)，以多指標(biāo)的汽車平順性能為目標(biāo)，提出基于改進(jìn)螢火蟲優(yōu)化算法的PID控制策略。此外，將基于改進(jìn)FA-PID控制的汽車懸架與基于LQR控制、基于Fuzzv-PID控制的汽車懸架進(jìn)行平順性對比分析。

1 汽車懸架模型

3 Fuzzy-PID控制

本部分內(nèi)容為Fuzzv-PID控制器設(shè)計(jì)，主要指將Fuzzy控制器輸出端與PID控制器輸入端相連接，形成一種新的控制器[13-15]。這種復(fù)合控制器適應(yīng)更多工作環(huán)境下的控制

5.2不同汽車懸架效果對比

為證實(shí)改進(jìn)FA-PID控制器對汽車懸架平順性控制的有效性，將基于改進(jìn)FA-PID控制的懸架與被動(dòng)控制、基于LQR控制、基于Fuzzv-PID控制的懸架控制效果進(jìn)行對比，仿真結(jié)果如圖2-5所示[20]。

表1給出了被動(dòng)懸架與其它3種主動(dòng)汽車懸架的懸架動(dòng)撓度、車身加速度、輪胎動(dòng)載荷、輪胎速度峰值及4種懸架的車身加速度均方根值。

從表1可以得知主動(dòng)懸架的懸架動(dòng)撓度、車身動(dòng)位移、輪胎動(dòng)載荷以及輪胎速度峰值較被動(dòng)懸架最少下降31.6%、22.5%、18.3%和0%?；贚QR控制、基于Fuzzy-PID控制與改進(jìn)FA-PID控制懸架的車身加速度均方根較被動(dòng)懸架分別降低24.8%、42.9%和68.69%。

6 結(jié)語

螢火蟲算法優(yōu)化后的PID控制器對汽車懸架系統(tǒng)擁有更好的隔振效果，懸架平順性優(yōu)于其它幾種控制方式。就懸架平順性而言，單- LQR控制較復(fù)合Fuzzy-PID、FA-PID控制稍顯遜色。基于改進(jìn)FA-PID控制的懸架比LQR控制與Fuzzy-PID控制的懸架，在被動(dòng)懸架車身加速度均方根方面下降了43.89%和25.79%。本文不足之處在于沒有考慮時(shí)滯影響及非線性特性，這是下一步研究方向和重點(diǎn)。

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（責(zé)任編輯：江艷）

作者簡介：李勝（1994-），男，上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院碩士，研究方向?yàn)檎駝?dòng)主動(dòng)控制及時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn);孫藝瑕（1983-），女，博士，上海工程技術(shù)大學(xué)講師、碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闀r(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng);劉建均（1991-），男，上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院碩士，研究方向?yàn)闀r(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。本文通訊作者：孫藝瑕。