自適應(yīng)半主動懸架系統(tǒng)控制策略

摘要：建立了一種自適應(yīng)半主動懸架的控制策略，能更好地權(quán)衡舒適性、操縱穩(wěn)定性和安全性.首先建立集成了考慮懸架限位的阻尼連續(xù)變化（CVD）天棚控制算法的整車模型，并在不同路面和車速下進(jìn)行仿真分析，建立由懸架動行程均方值估計(jì)路面不平度等級的方法；其次，提出一種考慮路面不平度等級的自適應(yīng)型半主動懸架控制策略；然后采用遺傳算法對不同工況下的控制參數(shù)進(jìn)行離線優(yōu)化；最后將優(yōu)化后的控制參數(shù)用于在線控制，并與傳統(tǒng)的被動懸架以及天棚控制的半主動懸架進(jìn)行對比分析.仿真結(jié)果表明：汽車在復(fù)雜工況行駛時能有效識別路況信息并進(jìn)行控制模式切換；在Comfort模式時能有效提高汽車平順性；在Sport模式時能有效提高汽車的行駛穩(wěn)定性；在Safe模式時能有效提高汽車行駛安全性.

關(guān)鍵詞：半主動懸架；路面不平度等級；路面辨識；工況自適應(yīng)算法；遺傳算法

中圖分類號：U4611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

現(xiàn)代汽車正朝著安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、智能化的方向發(fā)展，人們對汽車的舒適性和整體品質(zhì)的追求日益提升，半主動懸架能很好地兼顧舒適性、操縱穩(wěn)定性，且輔助能量需求小，是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對半主動懸架的控制策略做了較多研究，其中基于天棚阻尼原理的半主動控制簡單有效，易于實(shí)現(xiàn)，具有一定優(yōu)勢＼[1-3＼].目前的天棚阻尼控制算法主要有“ONOFF”和“CVD”兩種模式.

文獻(xiàn)＼[4＼]在頻域分析了SkyHook，ADD，Mixed SHADD幾種“ONOFF”控制算法，并得出在系統(tǒng)高頻區(qū)和低頻區(qū)，SHADD算法都能有效衰減振動.文獻(xiàn)＼[5＼]在SHADD算法基礎(chǔ)上提出了一種單個傳感器控制策略，它兼顧了控制效果與成本，能有效減振（雖然沒有SHADD算法效果好），而且可以節(jié)省4個傳感器，大幅度節(jié)省了控制成本.Daniel和Douglas在文獻(xiàn)＼[6＼]中提出了連續(xù)阻尼控制天棚算法，并把“ONOFF”和“CVD”兩種控制模式進(jìn)行比較，得出后者能更好地提高汽車的行駛平順性，但是并沒有對控制系統(tǒng)進(jìn)行魯棒分析或自適應(yīng)優(yōu)化，當(dāng)汽車在復(fù)雜工況下運(yùn)行時，不能很好地表現(xiàn)出其性能.Kim和Lee在文獻(xiàn)＼[7＼]中提出了將減振器分為Comfort，Auto以及Sport 3個模式，以滿足不同車主在不同行駛工況下的不同要求，目前很多高檔車都采用了這一思路.

以上各種算法都采用單一的控制參數(shù)，但汽車行駛的工況復(fù)雜，很難找到一組能滿足所有工況的控制參數(shù).本文首先用懸架動行程均方值大致估計(jì)了路面不平度等級；其次提出一種基于路面辨識的自適應(yīng)型半主動懸架控制策略；然后采用遺傳算法對不同工況時的控制參數(shù)進(jìn)行離線優(yōu)化；最后將優(yōu)化后的參數(shù)用于在線系統(tǒng).

由表5，表6可以看出，車輛在好路中低速行駛以及較差路面上低速行駛時，自適應(yīng)CVD能犧牲一部分操縱穩(wěn)定性來減小車身的振動；而在好路以及較差路面高速行駛時，自適應(yīng)CVD能犧牲一部分平順性來提高車輛的操縱穩(wěn)定性；同時在很差路面上行駛時，自適應(yīng)CVD能很好地保證安全性.簡而言之，相對傳統(tǒng)CVD、被動懸架，自適應(yīng)CVD具有以下優(yōu)勢：1）當(dāng)車速較低車輛操縱穩(wěn)定性較好時，能有效提高汽車的舒適性；2）當(dāng)車速較高汽車操縱穩(wěn)定性較差時，能有效提高系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性；3）在

很差路面上行駛時，能在保證行車安全的基礎(chǔ)上提高舒適性.

值得指出的是表5中加星號的部分，它表明傳統(tǒng)CVD懸架在差路上行駛以及以較高車速行駛于較差路面上時，其車輪動載不滿足約束條件式（10），此時車輪的抓地能力會很差，導(dǎo)致安全性變差.而且此時懸架動行程過大，會經(jīng)常撞擊限位塊，導(dǎo)致舒適性變差，這一點(diǎn)表6中并沒表現(xiàn)出來，主要是因?yàn)榇藭r，傳統(tǒng)CVD懸架已有一定概率撞擊限位塊，導(dǎo)致其加速度響應(yīng)局部峰值很大，而其均方根值并未增加多少，但這時局部的沖擊感帶來的平順性惡化會比均方根值更多.換句話說，這時加速度均方根值并不能很好地評價平順性.

此外，為了評價自適應(yīng)CVD系統(tǒng)的低頻響應(yīng)特性，以及CVD控制算法對由路面不平引起的俯仰側(cè)傾的控制效果.定義如下工況，車速36 km/h，車輛左側(cè)通過圖5所示的凹坑，這樣車輛的俯仰，側(cè)傾，垂向運(yùn)動都能很好地表現(xiàn)出來.車輛的側(cè)傾角加速度、俯仰角加速度和垂向加速度仿真結(jié)果如圖6～8所示.通過比較可以得出，自適應(yīng)半主動控制相對被動最優(yōu)懸架，低頻響應(yīng)有了明顯的改善.

5結(jié)論

在Simulink中建立了考慮懸架限位的帶CVD控制算法的7自由度整車模型，并利用Matlab中的遺傳算法工具箱對模型中的參數(shù)進(jìn)行離線優(yōu)化，得到3組不同的控制系統(tǒng)反饋參數(shù)，對應(yīng)這3組參數(shù)將控制系統(tǒng)分為Comfort，Sport，Safe 3個控制模式

對不同路面輸入懸架系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)行了批量仿真，得到了一種路面不平度等級的識別方法，并設(shè)計(jì)了一種路面與車速自適應(yīng)的半主動減振器控制邏輯

仿真結(jié)果表明本文的控制方案能更好地權(quán)衡舒適性、操縱穩(wěn)定性和安全性，自動調(diào)整控制參數(shù)，提高了汽車對復(fù)雜行駛工況的適應(yīng)能力，可以提高汽車的整體品質(zhì).

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