基于模糊控制的鉸接車(chē)抗側(cè)翻控制

宋慧新，李翠芬

（中國(guó)北方車(chē)輛研究所，北京 100072）

基于模糊控制的鉸接車(chē)抗側(cè)翻控制

宋慧新，李翠芬

（中國(guó)北方車(chē)輛研究所，北京 100072）

文章針對(duì)鉸接礦用車(chē)輛易發(fā)生側(cè)傾的問(wèn)題，提出了抗側(cè)翻控制系統(tǒng)。應(yīng)用模糊控制，建立了多級(jí)阻尼調(diào)節(jié)的抗側(cè)翻控制規(guī)則與算法。同時(shí)為兼顧車(chē)輛正常行駛的平順性控制，設(shè)計(jì)了協(xié)調(diào)控制算法。經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)測(cè)試，證明了所設(shè)計(jì)的抗側(cè)翻控制算法是有效的。

抗側(cè)翻控制；鉸接車(chē)；模糊控制

鉸接車(chē)輛在道路行駛時(shí)，為避開(kāi)障礙物，實(shí)施緊急轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于其鉸接特性，使得其轉(zhuǎn)向半徑過(guò)小，同時(shí)整車(chē)分布在各輪上的載荷也發(fā)生了變化，極易導(dǎo)致車(chē)輛側(cè)翻。如何通過(guò)合理控制，解決車(chē)輛側(cè)翻問(wèn)題，是設(shè)計(jì)人員面臨的主要問(wèn)題。

1 抗側(cè)翻控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 抗側(cè)翻系統(tǒng)原理圖

文章設(shè)計(jì)抗側(cè)翻控制系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)中懸架油缸配兩個(gè)蓄能器，一個(gè)高壓蓄能器，一個(gè)低壓蓄能器，在低壓蓄能器與油缸之間，設(shè)置有阻尼調(diào)節(jié)閥。剛度的調(diào)節(jié)是通過(guò)兩個(gè)蓄能器切換實(shí)現(xiàn)的，阻尼的調(diào)節(jié)是通過(guò)阻尼調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的?？刂破鞑杉?chē)速信號(hào)、車(chē)輛轉(zhuǎn)角信號(hào)，橫向加速度信號(hào)，通過(guò)內(nèi)置的模糊控制算法，控制阻尼調(diào)節(jié)閥，形成多級(jí)阻尼調(diào)節(jié)的抗側(cè)翻控制?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)增加的傾角傳感器，可以進(jìn)行車(chē)輛是否側(cè)坡行駛的控制；根據(jù)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)或運(yùn)載艙相對(duì)駕駛艙的轉(zhuǎn)角信號(hào)、橫向加速信號(hào)、依據(jù)模糊控算法進(jìn)行阻尼的控制。

2 抗側(cè)翻模糊控制算法的設(shè)計(jì)

為提高抗側(cè)翻性能，需對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)的外側(cè)懸架進(jìn)行控制，采用模糊控制的抗側(cè)翻控制算法，以轉(zhuǎn)向角、和車(chē)速兩個(gè)信號(hào)作為模糊控制的輸入，以阻尼等級(jí)作為輸出。輸向角的范圍是［-45°～0°］，用 5 個(gè)模糊子集來(lái)確定，即 L、LM、MS、S、ZE。車(chē)速的范圍是［0～50］，用5個(gè)模糊子集來(lái)確定，即 L、LM、MS、S、ZE。多級(jí)阻尼輸出，定義為 0、1、2、3、4、5、6、7，分別代表0-7級(jí)的阻尼調(diào)節(jié)。根據(jù)實(shí)車(chē)狀態(tài)，確定了模糊控制的控制規(guī)則，如表1所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

但是提高平順性的同時(shí)，必將惡化操縱穩(wěn)定性，為此研究綜合的控制算法。當(dāng)車(chē)輛有轉(zhuǎn)向時(shí)，將超過(guò)一定值，如超過(guò)設(shè)定值15度時(shí)，即開(kāi)啟相反側(cè)懸架的抗側(cè)翻控制。而同側(cè)的懸架依然控設(shè)定的半主動(dòng)懸架控制算法執(zhí)行。

3 抗側(cè)翻功能效果

通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證抗側(cè)翻效果。當(dāng)轉(zhuǎn)向角（駕駛室與車(chē)廂鉸接處）大于7±0.5度時(shí)，抗側(cè)傾控制閥就會(huì)工作，抗側(cè)傾功能有效。在原地轉(zhuǎn)向觀察實(shí)車(chē)動(dòng)作，具有明顯的抗側(cè)傾效果，側(cè)傾角減小了至少5度，且抗側(cè)傾系統(tǒng)工作時(shí)，車(chē)輛駕駛室未觀察到明顯側(cè)傾。如圖2所示。

圖2 側(cè)傾角減小效果

為了驗(yàn)證抗側(cè)傾系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)行了越野場(chǎng)地的滿載跑車(chē)試驗(yàn)。用對(duì)三軸陀螺儀采集的側(cè)向加速度和側(cè)傾角速度數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，在基本相同側(cè)向加速度下，側(cè)傾角速度對(duì)比曲線對(duì)比如圖3所示。側(cè)傾角加速度的大小可以反映出抗側(cè)傾系統(tǒng)的抑制側(cè)傾的效果。從動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，可以得出，在抗側(cè)傾系統(tǒng)工作時(shí)，車(chē)輛的側(cè)傾角速度約減小了至少50%，具有明顯的抗側(cè)傾的效果。換言之，抗側(cè)翻系統(tǒng)將車(chē)輛的抗側(cè)翻能力至少提高了50%以上。

圖3 繞場(chǎng)一周的側(cè)傾角速度的對(duì)比

4 平順性效果

對(duì)越野行駛一周的垂向加速度進(jìn)行分析，并計(jì)算了均方根值，如圖4所示，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，抗側(cè)傾關(guān)閉時(shí)，加速度均方根值為0.294m/s∧2；抗側(cè)傾作用時(shí)，加速度均方根值為0.397m/s∧2。

垂直加速度的大小可以直接反映出抗側(cè)傾系統(tǒng)減振效果，即車(chē)輛的平順性。由圖4可看出，在抗側(cè)傾系統(tǒng)工作時(shí)，車(chē)輛的垂直加速度會(huì)有所增加。這是因?yàn)榭箓?cè)傾系統(tǒng)在工作時(shí)，其通過(guò)增加彈簧剛度來(lái)抑制側(cè)傾。但其垂直加速度與靜態(tài)相比，最大增加2.5m/s2，相當(dāng)于增大0.25g。對(duì)車(chē)輛平順性無(wú)大影響。

圖4 垂向加速度對(duì)比

5 結(jié)論

文章設(shè)計(jì)的多級(jí)阻尼調(diào)節(jié)的抗側(cè)翻控制規(guī)則與算法，與協(xié)調(diào)控制算法。經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)測(cè)試，證明是有效的。

宋慧新（1978-），男，碩士，主要研究方向：主動(dòng)懸掛控制。