CN113665447A - 一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法 - Google Patents

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Abstract

一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，本发明使用三角函数作为输入与输出变量的隶属度函数，并建立模糊控制规则，使用模糊控制，建模简单、控制精度高，对参数调节快速直观、调节周期短，由于模糊控制是基于近似推理而非精确数学模型，因此可以通过减小储存空间来降低成本，同时，采用模糊控制策略还可以缩短系统过度过程延时，加快系统响应，提高座椅悬架系统可靠性等，本发明综合考虑了车辆行驶在不同路面激励下的座椅减振，采用误差值和误差变化率作为输入变量，使用模糊控制方法优化座椅减振控制策略，具有实时控制、鲁棒性能好的优点，适合大范围的推广和应用。

Description

一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法
技术领域
本发明涉及一种电压控制方法，尤其涉及一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，具体涉及一种基于模糊控制的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的方法。
背景技术
已知的，乘坐舒适性及行驶平顺性是评价车辆悬架性能优劣的重要指标。可通过在座椅下方设置悬架系统来提高其动态舒适性，从而改善驾驶员的乘坐环境。在不平路面激励作用下，驾驶座椅减振性能的优劣会严重影响到驾驶员的驾驶安全、身体健康以及工作效率等各个方面。座椅的振动主要来源于路面的激励，减振主要有阻尼器和弹簧等元件，对传递到座椅的振动能量进行耗散。在磁流变阻尼器减振应用中，一般采用的是磁流变阻尼器的数学模型。由于磁流变效应具有滞回性、非线性等比较复杂的特性，通常做法是根据试验数据，采用曲线拟合和参数优化的方法进行参数识别，从而建立其动力学模型。模糊控制它无须精确数学模型，仅基于人类的经验，采用语言规则和模糊集合理论构成控制算法，因此具有建模简单、控制精度高、非线性适应性强等特点，非常适合基于磁流变技术的半主动座椅悬架的要求。在系统中运用模糊控制，可以使其模仿操作人员的行为，因此可以获得较理想的鲁棒性及一致性。而且，由于模糊控制是基于近似推理而非精确数学模型，因此可以通过减小储存空间来降低成本。同时，采用模糊控制策略还可以缩短系统过渡过程延时，加快系统响应，提高座椅悬架系统可靠性等。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，本发明能够实时、稳定的改变输入磁流变阻尼器的电压以使座椅减振效果增加，使用模糊控制的方法优化控制管理控制策略等。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述减振方法具体包括如下步骤：
第一步、首先利用位移传感器采集座椅下平面相对驾驶室地板的下板面位移y及座椅上平面相对驾驶室地板的上板面位移x，设定座椅上平面的初始相对于驾驶室地板的上板面位移初始值为x0；
第二步、通过采集到的座椅上板面位移x与上板面位移初始值x0计算获得误差值e＝x-x0；相对位移变化率设定为误差变化率
Figure RE-GDA0003310514550000021
以e和ec 作为输入变量，以对应电压u作为输出变量建立模糊控制器，并选择三角形函数作为输入和输出的隶属度函数；根据模糊控制规则，得到控制磁流变阻尼器的输出电压值u；
第三步、将控制磁流变阻尼器的输出电压值u、座椅下板面位移y、座椅上板面位移x和上板面位移初始值x0输入Bouc-Wen模型磁流变阻尼器产生使座椅振动衰减的阻尼力；
第四步、根据座椅减振控制座椅上平面，位移传感器再次采集座椅下平面相对驾驶室地板的下板面位移y及座椅上平面相对驾驶室地板的上板面位移x，设定座椅上平面的初始相对于驾驶室地板的上板面位移初始值为x0，重复上述步骤，形成闭环控制。
所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述第二步中模糊控制器是根据输入输出的隶属函数与模糊控制规则，选择三角形函数作为输入输出变量的隶属函数，采用模糊控制规则以误差值和误差变化率为输入变量，输出电压值，进而控制磁流变阻尼器阻尼的大小。
所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述第二步中误差值e和误差变化率ec使用数值表示正负，模糊控制器输出电压以定义范围作为输出量。
所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述第二步中误差值e的基本论域设定为[-11]，模糊子集设定为{-1，0，1}，误差变化率ec的基本论域设定为[-11]，模糊子集设定为{-1，0，1}，输出量u的基本论域设定为[03]，模糊子集为{0，1，2，3}。
所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述第三步中输入Bouc-Wen模型磁流变阻尼器，通过下式计算出磁流变阻尼器的阻尼值：
Figure RE-GDA0003310514550000031
式中v、x分别为输入到系统的电压和位移实测值，F为磁流变阻尼器产生的阻尼力，k0、k1分别为Bouc-Wen模型座椅悬架弹簧刚度系数和汽车悬架弹簧刚度系数，c0、c1分别为Bouc-Wen模型座椅悬架阻尼系数和汽车悬架阻尼系数，α为滞回变量
Figure RE-GDA0003310514550000041
的进化系数，u为一阶滤波器输出电压，γ为滞回模型的宽度调节系数、μ为滞回模型的高度调节系数、N为比例系数，z为滞变位移，y为相对驾驶室地板的下板面位移，n为曲线圆滑系数，η为电压变化率系数。
所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述第四步中根据座椅减振控制座椅上平面时是由磁流变阻尼器产生的阻尼力控制座椅上平面，进行座椅的减振，通过位移传感器采集座椅下平面位移信息、座椅上平面的位移信息形成控制系统的闭环控制。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明使用三角函数作为输入与输出变量的隶属度函数，并建立模糊控制规则，使用模糊控制，建模简单、控制精度高，对参数调节快速直观、调节周期短，由于模糊控制是基于近似推理而非精确数学模型，因此可以通过减小储存空间来降低成本，同时，采用模糊控制策略还可以缩短系统过度过程延时，加快系统响应，提高座椅悬架系统可靠性等，本发明综合考虑了车辆行驶在不同路面激励下的座椅减振，采用误差值和误差变化率作为输入变量，使用模糊控制方法优化座椅减振控制策略，具有实时控制、鲁棒性能好的优点，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明实施例中的模糊控制观察器；
图3是本发明施例中的模糊控制曲面观察器；
图4是本发明施例中的磁流变阻尼器Bouc-Wen模型图。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图1所述的一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，所述减振方法具体包括如下步骤：
第一步、首先利用位移传感器采集座椅下平面相对驾驶室地板的下板面位移y及座椅上平面相对驾驶室地板的上板面位移x，设定座椅上平面的初始相对于驾驶室地板的上板面位移初始值为x0；
第二步、通过采集到的座椅上板面位移x与上板面位移初始值x0计算获得误差值e＝x-x0；相对位移变化率设定为误差变化率
Figure RE-GDA0003310514550000051
以e和ec 作为输入变量，以对应电压u作为输出变量建立模糊控制器，并选择三角形函数作为输入和输出的隶属度函数；根据模糊控制规则，得到控制磁流变阻尼器的输出电压值u；具体实施时，所述的误差值e＝x-x0，所述的误差变化率
Figure RE-GDA0003310514550000052
结合附图2、3所示的模糊控制观察器，根据输入输出的隶属函数与模糊控制规则，采用二维模糊控制，两输入、单输出的控制结构，即位移误差值和误差变化率作为输入变量，将电压u设定为输出量；所述模糊控制器是根据输入输出的隶属函数与模糊控制规则，选择三角形函数作为输入输出变量的隶属函数，采用模糊控制规则以误差值和误差变化率为输入变量，输出电压值，进而控制磁流变阻尼器阻尼的大小；
进一步，所述误差值e和误差变化率ec使用数值表示正负，模糊控制器输出电压以定义范围作为输出量；
进一步，通过位移传感器获取座椅下平面相对驾驶室地板位移y、相对驾驶室地板座椅上平面的位移x、相对驾驶室地板座椅上平面的初始位移x0，以座椅位移误差值e和座椅位移误差变化率ec作为输入变量，以输入磁流变阻尼器的电压u作为输出变量建立模糊控制规则；
所述误差值e的基本论域设定为[-11]，模糊子集设定为{-1，0，1}，误差变化率ec的基本论域设定为[-11]，模糊子集设定为{-1，0，1}，输出量u的基本论域设定为[03]，模糊子集为{0，1，2，3}；
模糊控制规则是由经验总结和提炼而得到的，其表达形式为“If A and B，thenC”建立如表1所示的电压u的模糊控制规则：
表1电压u的模糊控制规则
Figure RE-GDA0003310514550000061
设计以误差值和误差变化率为输入变量，输入磁流变阻尼器的电压为输出变量建立模糊控制器，并选择三角函数作为输入输出变量的隶属度函数。根据座椅的误差值和误差变化率实时输出模糊控制的电压值。
第三步、将控制磁流变阻尼器的输出电压值u、座椅下板面位移y、座椅上板面位移x和上板面位移初始值x0输入如图4所示的Bouc-Wen模型磁流变阻尼器产生使座椅振动衰减的阻尼力；具体实施时，输入Bouc-Wen 模型磁流变阻尼器，通过下式计算出磁流变阻尼器的阻尼值：
Figure RE-GDA0003310514550000071
式中v、x分别为输入到系统的电压和位移实测值，F为磁流变阻尼器产生的阻尼力，k0、k1分别为Bouc-Wen模型座椅悬架弹簧刚度系数和汽车悬架弹簧刚度系数，c0、c1分别为Bouc-Wen模型座椅悬架阻尼系数和汽车悬架阻尼系数，α为滞回变量
Figure RE-GDA0003310514550000072
的进化系数，u为一阶滤波器输出电压，γ为滞回模型的宽度调节系数、μ为滞回模型的高度调节系数、N为比例系数，z为滞变位移，y为相对驾驶室地板的下板面位移，n为曲线圆滑系数，η为调节电压变化率系数。
第四步、根据座椅减振控制座椅上平面，位移传感器再次采集座椅下平面相对驾驶室地板的下板面位移y及座椅上平面相对驾驶室地板的上板面位移x，设定座椅上平面的初始相对于驾驶室地板的上板面位移初始值为x0，重复上述步骤，形成闭环控制；具体实施时，所述根据座椅减振控制座椅上平面时是由磁流变阻尼器产生的阻尼力控制座椅上平面，进行座椅的减振，通过位移传感器采集座椅下平面位移信息、座椅上平面的位移信息形成控制系统的闭环控制。本发明结合了座椅上板面位移信息的误差值和误差变化率，采用模糊控制的智能算法制定电压的输出值，可有效提高座椅减振以及减振开发效率。
本发明在具体实施时，以误差值和误差变化率作为输入变量，电压作为输出变量，建立模糊控制器，选择三角函数作为控制器的隶属函数；根据所制定的模糊规则，得到输出电压；利用阻尼力与控制电压之间关系，对磁流变减振器控制电压进行设计；通过位移传感器采集座椅下板面和座椅上板面位移信息，改变输入磁流变阻尼器电压的大小，通过电压和位移信息实时改变磁流变阻尼器产生的阻力，以使座椅上平面的振动衰减为最小，从而满足舒适性要求。
本发明的优点如下：
1、本发明综合考虑了车辆行驶在不同路面激励下的座椅减振，采用误差值和误差变化率作为输入变量，使用模糊控制方法优化座椅减振控制策略，具有实时控制、鲁棒性能好的优点。
2、本发明考虑到模糊控制具有非线性适应性强，模糊控制是基于近似推理而非精确数学模型，因此可以通过减小储存空间来降低成本，同时，采用模糊控制策略还可以缩短系统过度过程延时，加快系统响应，提高座椅悬架系统可靠性。
3、本发明选择三角函数作为输入与输出变量的隶属度函数，并建立模糊控制规则。使用模糊控制，建模简单、控制精度高，对参数调节快速直观、调节周期短等。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (6)

1.一种半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，其特征是：所述减振方法具体包括如下步骤：
第一步、首先利用位移传感器采集座椅下平面相对驾驶室地板的下板面位移y及座椅上平面相对驾驶室地板的上板面位移x，设定座椅上平面的初始相对于驾驶室地板的上板面位移初始值为x0；
第二步、通过采集到的座椅上板面位移x与上板面位移初始值x0计算获得误差值e＝x-x0；相对位移变化率设定为误差变化率
Figure RE-FDA0003310514540000011
以e和ec作为输入变量，以对应电压u作为输出变量建立模糊控制器，并选择三角形函数作为输入和输出的隶属度函数；根据模糊控制规则，得到控制磁流变阻尼器的输出电压值u；
第三步、将控制磁流变阻尼器的输出电压值u、座椅下板面位移y、座椅上板面位移x和上板面位移初始值x0输入Bouc-Wen模型磁流变阻尼器产生使座椅振动衰减的阻尼力；
第四步、根据座椅减振控制座椅上平面，位移传感器再次采集座椅下平面相对驾驶室地板的下板面位移y及座椅上平面相对驾驶室地板的上板面位移x，设定座椅上平面的初始相对于驾驶室地板的上板面位移初始值为x0，重复上述步骤，形成闭环控制。
2.根据权利要求1所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，其特征是：所述第二步中模糊控制器是根据输入输出的隶属函数与模糊控制规则，选择三角形函数作为输入输出变量的隶属函数，采用模糊控制规则以误差值和误差变化率为输入变量，输出电压值，进而控制磁流变阻尼器阻尼的大小。
3.根据权利要求1所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，其特征是：所述第二步中误差值e和误差变化率ec使用数值表示正负，模糊控制器输出电压以定义范围作为输出量。
4.根据权利要求1所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，其特征是：所述第二步中误差值e的基本论域设定为[-1 1]，模糊子集设定为{-1，0，1}，误差变化率ec的基本论域设定为[-1 1]，模糊子集设定为{-1，0，1}，输出量u的基本论域设定为[0 3]，模糊子集为{0，1，2，3}。
5.根据权利要求1所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，其特征是：所述第三步中输入Bouc-Wen模型磁流变阻尼器，通过下式计算出磁流变阻尼器的阻尼值：
Figure RE-FDA0003310514540000021
式中v、x分别为输入到系统的电压和位移实测值，F为磁流变阻尼器产生的阻尼力，k0、k1分别为Bouc-Wen模型座椅悬架弹簧刚度系数和汽车悬架弹簧刚度系数，c0、c1分别为Bouc-Wen模型座椅悬架阻尼系数和汽车悬架阻尼系数，α为滞回变量
Figure RE-FDA0003310514540000022
的进化系数，u为一阶滤波器输出电压，γ为滞回模型的宽度调节系数、μ为滞回模型的高度调节系数、N为比例系数，z为滞变位移，y为相对驾驶室地板的下板面位移，n为曲线圆滑系数，η为电压变化率系数。
6.根据权利要求1所述的半主动座椅磁流变阻尼器控制电压的减振方法，其特征是：所述第四步中根据座椅减振控制座椅上平面时是由磁流变阻尼器产生的阻尼力控制座椅上平面，进行座椅的减振，通过位移传感器采集座椅下平面位移信息、座椅上平面的位移信息形成控制系统的闭环控制。
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