[发明专利]一种车辆横向动力学模糊混沌控制系统及其控制方法

说明书

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和实际值的误差和误差变化率，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，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，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