基于單輪車輛懸架的Fuzzy-PID控制器設(shè)計(jì)和仿真

摘要：研究車輛主動(dòng)空氣懸架的控制問(wèn)題，在車輛主動(dòng)空氣懸的常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊推理對(duì)常規(guī)PID控削器進(jìn)行參數(shù)在線修訂，設(shè)計(jì)了基于單輪車輛主動(dòng)空氣懸架的Fuzzy-PID控制器，并對(duì)Fuzzy-PID控制的單輪車輛主動(dòng)空氣懸架進(jìn)行Matlab建模和仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，與車輛被動(dòng)空氣懸架、常規(guī)PID控制的車輛主動(dòng)空氣懸架相比，Fuzzy-PID控制的車輛主動(dòng)空氣懸架可大大降低車身加速度和懸架動(dòng)行程，提高車輛乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，具有良好的魯棒性，從而驗(yàn)證了Fuzzy-PID控制器的有效性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：車輛工程；汽車行駛平版性；模糊控制；Fuzzy-PID控制器；主動(dòng)懸架

隨著高速公路的日益發(fā)展，人們對(duì)汽車高速行駛時(shí)平順性和安全性的要求越來(lái)越高。良好的車輛懸架系統(tǒng)可以有效地降低由于路面不規(guī)則激勵(lì)造成過(guò)大車體加速度，使車輛具有良好的行駛平順性和安全性。自主動(dòng)懸架的概念提出以來(lái)，人們已經(jīng)探求用各種控制理論算法設(shè)計(jì)主動(dòng)懸架控制器。研究其在提高設(shè)計(jì)主動(dòng)懸架中的應(yīng)用效果。
模糊邏輯基于人類模糊思維這一抽象機(jī)理，它強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是應(yīng)用的簡(jiǎn)單和方便。自20世紀(jì)60年代，模糊數(shù)學(xué)的建立為模糊推理系統(tǒng)尤其是模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。目前，模糊推理系統(tǒng)已成功應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)分類、決策分析、專家系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)之中。
本文研究車輛主動(dòng)空氣懸架的控制問(wèn)題，在車輛主動(dòng)空氣懸的常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊推理對(duì)常規(guī)PID控制器進(jìn)行參數(shù)在線修訂，控制策略融合了PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于單輪車輛主動(dòng)空氣懸架的Fuzzy—PID控制器，并對(duì)Fuzzy—PID控制的單輪車輛主動(dòng)空氣懸架進(jìn)行Matlab建模和仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，與車輛被動(dòng)空氣懸架、常規(guī)PID控制的車輛主動(dòng)空氣懸架相比，F(xiàn)uzzy—PID控制的車輛主動(dòng)空氣懸架可大大降低車身加速度和懸架動(dòng)行程，提高車輛乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，具有良好的魯棒性，從而驗(yàn)證了Fuzzy—PID控制器的有效性和實(shí)用性。

1 單輪車輛主動(dòng)懸架和路面激勵(lì)
設(shè)計(jì)車輛懸架系統(tǒng)時(shí)，可把單輪車輛主動(dòng)懸架模型(即單輪車輛模型)簡(jiǎn)化成一個(gè)彈簧-阻尼系統(tǒng)，該系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖1所示。

單輪車輛主動(dòng)懸架的數(shù)學(xué)模型為：

式中，m1為車身質(zhì)量，m2為懸架質(zhì)量，x1為車身垂直位移，X2為懸架垂直位移，U為路面激勵(lì)，k1和k2為彈簧胡克系數(shù)，b1和b2為阻尼系數(shù)。
路面不平度隨機(jī)激勵(lì)為：

式(3)中：no為參考空間頻率，Gq(no)為參考空間頻率下的路面功率譜密度，w(t)為白噪聲。