CN103407342A - 一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法 - Google Patents

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本发明公开了一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法，该系统包括安装于车身质心处的加速度传感器和陀螺仪传感器、模糊混沌控制器、包含主动减振器的主动悬架系统。该方法利用加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号，对车身运动姿态进行混沌分析，对系统变量进行线性反馈和扰动，针对每只车轮分别采用参数自调整模糊控制，提出实现每只轮胎垂直载荷控制目标的各个主动减振器输出的作动力。本发明一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法，使车辆系统横向动力学从运动混沌的变成固定点或稳定的周期运动，提高了汽车的操稳性。

Description

一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车操稳性控制技术领域，具体涉及一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及方法。
背景技术
在高速公路上车辆的爆胎致使转向失控车毁人亡的安全事故，常常提醒人们轮胎的重要性。但是据统计在不发生爆胎的情况下，车速在80km/h到100km/h之间行驶的汽车事故中，也有40%是与侧向失稳有关，并且车速越高，由失稳引发的交通事故的比例越大，当车速超过160km/h，几乎所有的事故都是由侧向失稳造成的。因此对轮胎性能的研究是不可忽视的，并且通过轮胎与整车合理的匹配可以改善汽车的操纵稳定性，有效防止汽车的转向失稳。
同时经典线性动力学和经典控制理论已经不能满足上述问题的解决。因为,系统还存在大量有害的混沌现象，如何合理的解释，为判定和控制提供更为精确的依据和方法等问题都亟待解决。
近年来,国内外许多学者在悬架控制方面做了大量的研究工作。施树明等从车辆和轮胎模型出发对车辆的转向稳定性进行分析，根据协同学和非线性动力学的理论和处理方法，构建车辆系统关于车身侧偏角、转向盘转角以及车辆速度等主要参量的势能函数，并对势能函数进行定性和定量的分析得到车辆转向稳定区域。杨秀建则借助于非线性动力学中心流形理论将高维系统降为一维中心流形系统，理论推导和实例分析，得出分岔极限环现象，并且随着车速和前轮转角的增加将发生鞍结分岔。
而国外学者LIU等研究了基于司机调节行为的前轮非线性转向模型。理论分析了系统发生Hopf分岔，然后采用数值仿真，验证了前轮受周期扰动时，系统出现了混沌运动。CHANG则计算了线控转向汽车在一定参数变化范围内的分岔图，发现了系统的周期和混沌运动，并提出了汽车转向状态时的混沌反馈控制器。
但是,大多数都没有考虑到车辆的混沌主要与轮胎的非线性侧向力有关，直接因素就是侧偏角。由于环境的变化、元器件的老化及建模误差等因素,系统参数的摄动是不可避免的。因此,对轮胎侧向力进行反馈控制，使系统从非线性转化为线性，达到消减混沌，是当今汽车领域的国际前沿创新课题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法，对车身运动姿态进行混沌分析，针对每只车轮分别采用参数自调整模糊控制，就得到实现每只轮胎垂直载荷控制目标的各个主动减振器输出的作动力，达到对系统变量进行反馈和扰动，以获得期望的轨道的目的。控制器目标是使系统运动从混沌的变成固定点或稳定性能的周期运动，提高汽车的平顺性和操稳性。
本发明的技术方案如下:
一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统，包括安装于车身质心处的加速度传感器和陀螺仪传感器、模糊混沌控制器、包含主动减振器的主动悬架系统；所述加速度传感器和陀螺仪传感器用于在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号并发送至所述模糊混沌控制器，所述模糊混沌控制器用于分别针对每只轮胎垂直载荷，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案，并输出控制信号至所述主动悬架系统的对应主动减振器，模糊混沌控制器控制主动悬架系统施加作动力。
进一步，所述参数自调整模糊策略为根据误差e和误差变化ec调整规则调整因子                                               ，根据系统控制性能指标来调整比例因子。
一种车辆横向动力学模糊混沌控制方法，具体包括步骤如下：
（1）利用加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号，并发送至模糊混沌控制器；
（2）模糊混沌控制器分析车身运动姿态的混沌特性，对系统变量轮胎侧向力进行反馈和扰动；
（3）模糊混沌控制器分别针对每只轮胎垂直载荷，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案；
（4）模糊混沌控制器输出控制信号至四支主动减振器，施加作动力，完成一个控制循环。
进一步，所述模糊混沌控制器计算线性轮胎侧向力目标值
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE004
和实际值
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE006
的误差
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE008
和误差变化率
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE010
，然后进行模糊推理，得到实现总体控制目标的各个主动减振器输出的作动力，其中，k是线性系数，F是非线性轮胎侧向力函数，e是误差，ec是误差变化，
Figure 136547DEST_PATH_IMAGE002
是规则调整因子。
进一步，所述参数自调整模糊策略为根据误差e和误差变化ec调整规则调整因子
Figure 866737DEST_PATH_IMAGE002
，根据系统控制性能指标来调整比例因子。
本发明的有益效果是：
本发明一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法，使车辆系统横向动力学从运动混沌的变成固定点或稳定的周期运动，提高了汽车的操稳性。
附图说明
图1是本发明控制系统的框图；
图2是本发明控制方法的汽车主动悬架系统示意；
图3是本发明控制方法的流程示意图；
图4是模糊输入e的隶属度函数；
图5是模糊输入ec的隶属度函数；
图6是车辆角阶跃转向输入下车身侧偏角；
图7是车辆角阶跃转向输入下车身横摆角速度；
图8是车辆角阶跃转向输入下不加混沌控制的车身侧偏角与车身横摆角速度相图；
图9是车辆角阶跃转向输入下施加模糊混沌控制的车身侧偏角与车身横摆角速度相图；
图10是车辆蛇形转向输入下车身侧偏角；
图11是车辆蛇形转向输入下车身横摆角速度；
图12是车辆蛇形转向输入下不加混沌控制的车身侧偏角与车身横摆角速度相图；
图13是车辆蛇形转向输入下施加模糊混沌控制的车身侧偏角与车身横摆角速度相图。
图中：1、质心；2、模糊混沌控制器；3、主动减震器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统如图1所示，包括安装于车身质心1处加速度传感器和陀螺仪传感器、模糊混沌控制器2和主动悬架系统；加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号发送至模糊混沌控制器2，模糊混沌控制器2分别针对每只轮胎垂直载荷，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案，输出控制信号至悬架系统的四支主动减振器3，施加作动力，完成一个控制循环。
如图2所示，将加速度传感器和陀螺仪传感器安装于车身质心1处，采集车身横摆角速度以及侧倾角信号，作为模糊混沌控制器2的输入，模糊混沌控制器2对输入的信号进行特征提取，以分析车身运动姿态的混沌特性，参见图3，对系统变量轮胎侧向力进行反馈和扰动，针对每只车轮分别采用参数自调整模糊控制，就得到实现每只轮胎垂直载荷控制目标的各个主动减振器3输出的作动力施加方案，输出控制信号(电流)至四支主动减振器3，施加作动力，完成一个控制循环。
   首先，设定线性轮胎目标侧向力。然后，计算目标值和实际值的误差和误差变化率作为计算轮胎垂直载荷的基础，使两者都趋向于0。因此，轮胎目标侧向力 ( Fym)，轮胎实际侧向力(Fy)，误差（e），误差变化率（ec）可由方程(1)-(4)计算得出：
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE012
          (1)
Figure 830495DEST_PATH_IMAGE004
             (2)
Figure 38754DEST_PATH_IMAGE008
           (3)
Figure 915443DEST_PATH_IMAGE010
              (4)
  方程（2）中，k是线性系数，F是非线性轮胎侧向力公式。e和ec是模糊控制器的输入变量。
  输出变量Fi是每个悬架的力，其中i=1,2,3,4分别代表FL,FR,RL and RR悬架系统。输入已经标准化。输入输出隶属度函数如图4、5所示。FL,FR,RL and RR悬架主动力模糊推理规则分别由下表从上到下给出。
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE014
 
方程（5）给出了悬架作动力和电机电流间的函数关系。
Figure 2013103736915100002DEST_PATH_IMAGE016
                    (5)
  在方程（5）中，i为电机电流；F为悬架力。另外，主动悬架的参数范围如下。输出阻尼力为[0 N, 3600 N]。输入驱动电流为[0 A, 2 A]。活塞运动的测试振动速度假定为[–10 m/s, 10 m/s]。
本发明的关键是模糊控制器的构建、参数的优化和作动力的反馈。
本发明控制方法的有效性验证：
为了证实控制的有效性，采用阶跃路面输入以及蛇行工况条件，以不同车速分别对主动悬架汽车和被动悬架汽车进行联合仿真试验。试验车辆分别装备被动悬架和带混沌控制的主动悬架。
  图6-7 和图10-11表明，混沌控制应用在主动悬架上有效减少侧偏角和横摆角速度的超调。相对于被动悬架系统和PID控制的主动悬架系统，在角阶跃转向输入和蛇行输入时，其表现更佳。
  稳态时，应用混沌控制后，车辆侧向动力学从混沌状态变回周期震荡。另外，由不规则形引起的振荡峰明显减弱。从图8-9和12-13可看出，本发明的控制方法可有效抑制混沌行为。
  下表中，给出了道路试验的李雅普诺夫指数，系统李雅普诺夫指数为负说明出现周期运动，因此在相关系统中混沌被消除了。
    以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统，其特征在于，包括安装于车身质心处的加速度传感器和陀螺仪传感器、模糊混沌控制器、包含主动减振器的主动悬架系统；所述加速度传感器和陀螺仪传感器用于在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号并发送至所述模糊混沌控制器，所述模糊混沌控制器用于分别针对每只轮胎垂直载荷，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案，并输出控制信号至所述主动悬架系统的对应主动减振器，模糊混沌控制器控制主动悬架系统施加作动力。
2.如权利要求1所述的一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统，其特征在于，所述参数自调整模糊策略为根据误差e和误差变化ec调整规则调整因子                                               
Figure 2013103736915100001DEST_PATH_IMAGE002
，根据系统控制性能指标来调整比例因子。
3.一种车辆横向动力学模糊混沌控制方法，具体包括步骤如下：
（1）利用加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号，并发送至模糊混沌控制器；
（2）模糊混沌控制器分析车身运动姿态的混沌特性，对系统变量轮胎侧向力进行反馈和扰动；
（3）模糊混沌控制器分别针对每只轮胎垂直载荷，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案；
（4）模糊混沌控制器输出控制信号至四支主动减振器，施加作动力，完成一个控制循环。
4.如权利要求3所述的一种车辆横向动力学模糊混沌控制方法，其特征在于，所述模糊混沌控制器计算线性轮胎侧向力目标值
Figure 2013103736915100001DEST_PATH_IMAGE004
和实际值
Figure 2013103736915100001DEST_PATH_IMAGE006
的误差
Figure 2013103736915100001DEST_PATH_IMAGE008
和误差变化率
Figure 2013103736915100001DEST_PATH_IMAGE010
，然后进行模糊推理，得到实现总体控制目标的各个主动减振器输出的作动力，其中，k是线性系数，F是非线性轮胎侧向力函数，e是误差，ec是误差变化，
Figure 977368DEST_PATH_IMAGE002
是规则调整因子。
5.如权利要求3或4所述的一种车辆横向动力学模糊混沌控制方法，其特征在于，所述参数自调整模糊策略为根据误差e和误差变化ec调整规则调整因子
Figure 707557DEST_PATH_IMAGE002
，根据系统控制性能指标来调整比例因子。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105644564A (zh) * 2016-03-09 2016-06-08 江苏大学 一种汽车侧向主动避撞安全性判断方法
CN106347059A (zh) * 2016-09-09 2017-01-25 山东理工大学 一种基于粒子群算法的轮毂驱动电动汽车主动悬架双回路pid控制方法
CN107825930A (zh) * 2017-12-08 2018-03-23 吉林大学 一种用于车辆悬架系统的智能模糊混合棚半主动控制方法
CN111554103A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 河南科技大学 基于模糊控制的车辆速度控制方法、装置及车速控制系统
CN112487705A (zh) * 2020-11-12 2021-03-12 北京慧拓无限科技有限公司 一种基于实时数据的矿车参数优化方法及系统
CN113183710A (zh) * 2021-05-26 2021-07-30 华东理工大学 基于频域特征提升舒适性的主动悬架系统模糊控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0933239A1 (en) * 1998-02-03 1999-08-04 Trw Inc. Apparatus and method for improving dynamic response of an active roll control vehicle suspension system
CN101916113A (zh) * 2010-07-23 2010-12-15 江苏大学 一种基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制方法
CN102303602A (zh) * 2011-06-27 2012-01-04 江苏大学 乘用车平顺性与操稳性协调方法及控制装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0933239A1 (en) * 1998-02-03 1999-08-04 Trw Inc. Apparatus and method for improving dynamic response of an active roll control vehicle suspension system
CN101916113A (zh) * 2010-07-23 2010-12-15 江苏大学 一种基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制方法
CN102303602A (zh) * 2011-06-27 2012-01-04 江苏大学 乘用车平顺性与操稳性协调方法及控制装置

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴光强: "混沌理论在汽车非线性系统中的应用进展", 《机械工程学报》, vol. 46, no. 10, 31 May 2010 (2010-05-31) *
李兴泉: "基于驾驶员模型的汽车侧向稳定性控制研究", 《重庆大学硕士学位论文》, 15 May 2007 (2007-05-15) *
赵光宙，齐冬莲: "混沌控制理论及其应用", 《电工技术学报》, vol. 16, no. 5, 31 October 2001 (2001-10-31), pages 77 - 81 *
陈龙; 袁传义; 江浩斌; 徐凯; 汪少华: "汽车主动悬架与转向系统的模糊参数自调整集成控制", 《中国机械工程》, vol. 17, no. 23, 31 December 2006 (2006-12-31), pages 2525 - 2528 *
黄晨,陈龙,袁朝春,江浩斌,陈月霞: "模型参数摄动下的车辆侧向动力学混沌研究", 《东南大学学报》, vol. 42, no. 6, 30 November 2012 (2012-11-30), pages 1111 - 1116 *
黄燕，李昇平: "一种参数自调整模糊控制方法", 《汕头大学学报》, vol. 17, no. 4, 30 November 2002 (2002-11-30), pages 53 - 57 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105644564A (zh) * 2016-03-09 2016-06-08 江苏大学 一种汽车侧向主动避撞安全性判断方法
CN106347059A (zh) * 2016-09-09 2017-01-25 山东理工大学 一种基于粒子群算法的轮毂驱动电动汽车主动悬架双回路pid控制方法
CN106347059B (zh) * 2016-09-09 2018-08-21 山东理工大学 一种基于粒子群算法的轮毂驱动电动汽车主动悬架双回路pid控制方法
CN107825930A (zh) * 2017-12-08 2018-03-23 吉林大学 一种用于车辆悬架系统的智能模糊混合棚半主动控制方法
CN111554103A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 河南科技大学 基于模糊控制的车辆速度控制方法、装置及车速控制系统
CN111554103B (zh) * 2020-05-15 2021-10-29 河南科技大学 基于模糊控制的车辆速度控制方法、装置及车速控制系统
CN112487705A (zh) * 2020-11-12 2021-03-12 北京慧拓无限科技有限公司 一种基于实时数据的矿车参数优化方法及系统
CN113183710A (zh) * 2021-05-26 2021-07-30 华东理工大学 基于频域特征提升舒适性的主动悬架系统模糊控制方法
CN113183710B (zh) * 2021-05-26 2022-07-01 华东理工大学 一种提升乘坐舒适性的主动悬架系统模糊控制方法

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