基于遗传算法的汽车底盘系统协调控制优化_刘显贵_郑从兴_林勇明

3.2 主动前轮转向控制器设计
基于滑模变结构控制设计了主动前轮转向系统。 对于主动前轮转向， 前轮实际转角可表示为： δf =δc +δs 过操纵转向系统转向盘来实施。 转向系统的角度误差和角速度误差为： e=r-x1 （8 ） δ s —通过主动转向实施的汽车前轮转角； δ c —由驾驶员通 式中：
并作为设计参数同时进行并行集成优化， 达到系统解藕和改善所
2014-08-21 来稿日期： 基金项目： 国家自然基金资助( 61104225)； 福建省自然科学基金资助 （2013J01208） ； 福建省教育厅 A 类项目 （JA12251 ） ； 厦门理工学院科技项目 （YKJ11007R ） 作者简介： 刘显贵， （1973） ， 男， 江西人， 博士， 硕士生导师， 主要研究方向： 汽车设计研究； 郑从兴， （1982） ， 男， 江西人， 硕士研究生， 主要研究方向： 汽车设计与检测研究
以提高汽车舒适性、 主动安全性为改善目标， 取悬架主要动 咬、 咬 力学性能指标为： 汽车车身垂直加速度z 、 俯仰角加速度θ 前后轮 前后悬架动行程及作动力 u1 和 u2。 胎位移 z1 和 z2、 则悬架性能目标指数 J 可表示如下：
2 2 2 2 2 2 2
俯仰运动 （b ）
z3 z3il c2il z2il m2il k1il z1il fil m3 k2il hi c2ir hi kai 准 y fir m2ir k1ir z1ir z3ir k2ir z2ir
转向运动 （a ）
z3 m3 z3rj c2rj z2rj frj m2rj k2rj lr k1rj z1rj c2fj lf ffj m2fj k1fj z1fj k2fj z2fj θ x z3fj
觶
觶 =AX+BU+GW X Y=CX+v
（7 ）
T 式中： —前后悬架作动力输入； U= ［u1 u2］ T W= ［w1 w2］ —高斯白噪声路面输入。
[5-6]
设计的汽车底盘集成系统整体性能之目的。 文献[7]采用循环迭代优化设计方法设计出机电系统， 考虑满 足系统鲁棒性能要求和输出的前提下， 使得机电系统主动控制所 需的能量最小。 文献[8-9]采用遗传算法等优化设计方法分别对汽车 的电动助力转向和主动悬架系统等单个汽车控制系统的机械和 控制参数进行了同时优化选择。 文献[9]对 ASS 和 EPS 进行集中式 集成控制基础上， 采用模拟退火优化算法， 对集成系统机械和控 制参数进行了并行优化研究， 结果表明汽车操纵稳定性和平顺性 等动力学性能均不同程度提高和改善。 遗传算法 （Genetic Algorithm， 简称 GA ） 是一种模拟遗传选
Simultaneous Optimization Design of Vehicle Chassis Integrated Control System Based on Genetic Algorithm
LIU Xian-gui1， ZHENG Cong-xing1， LIN Yong-ming2
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刘显贵等： 基于遗传算法的汽车底盘系统协调控制优化
第3期
但它不同于枚举 择和生物进化过程并行随机搜索最优解的算法， 法的随机搜索， 通过对参数空间编码并随机选择作为工具引导搜 索过程向着更高的方向发展。对 ASS 和 AFS 系统集成协调控制 基础上， 基于遗传优化算法对该集成控制系统的机械结构与控制 参数进行优化， 结果表明优化后汽车操纵稳定性及舒适性等汽车 整车性能均得到了不同程度的改善和提高。
J=lim 1 T→∞ T
乙
T
T 2 1 2
咬 +q z +q z +q 觶 z-z1 -aθ 咬 +q2 θ q z 3 1 4 2 5
2 2 2
2
2
2
2
觶 +
2
0 2 2
z-z2 +bθ 觶 q6 觶 +r1 u1 +r2 u2
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
dt
式中： r1， r2—加权系数， q1…q6， 上式可以写成如下矩阵形式， 即： J=lim 1 T→∞ T dt X QX+U RU+2X NU 觶 乙觶
转向运动： 咬=觶 觶 +ω 觶 FY1 +FY2 +FY3 +FY4 觶 -ms h准 mv 觶 β r 觶 =l 觶 FY1 +FY2 觶 FY3 +FY4 觶 -lr 觶 Iz ω r f 俯仰运动、 垂直运动： 咬 -l 觶 F21 +F22 觶 F23 +F24 觶 +lr 觶 =0 Iyθ f 咬 +F +F +F +F =0 ms Z s 21 22 23 24 咬 -F +F =0 （i=1， 2， 3， 4 ） m1i Z 1i 2i 1i 侧倾运动： 咬 -m h 觶 觶 +ω 觶 F21 -F22 觶 F23 -F24 觶 +hf 觶 +hr 觶 -ms gh准=0 Ix 准 β s r （6 ） （3 ） （4 ） （5 ） （1 ） （2 ）
第3期 2015 年 3 月
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
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基于遗传算法的汽车底盘系统协调控制优化
刘显贵 1， 郑从兴 1， 林勇明 2
福建 厦门 361024； 2.国家 （厦门 ） 环境保护机动车污染控制技术中心， 福建 厦门 361023 ） （1.厦门理工学院 机械与汽车工程学院，
er ef a1 δ a2 ψ 觶 2hr Fcr O a2 Fcr Fcfr V3 控制源自设计3.1 主动悬架控制器设计
基于 LQG 控制设计了主动悬架控制器。 取状态向量为：
β Fcf a1 δ
2hf
觶， 觶 ， 觶 ， 觶， X= 觶 z z z θ z， z1 ， zg1 ， zg2 觶 1 z2 ， 2 θ， 输出向量取为： 觶， 觶 ， 觶 ， 觶觶 Y= 觶 z z z θ z， z1 ， 1 z2 ， 2 θ， 主动悬架系统状态方程和输出方程可写成下式：
Xiamen University of Technology， Fujian Xiamen 361024， China； （1.School of Mechanical and Automotive Engineering， 2.Xiamen Environmental Protection Vehicle Emission Control Technology Center， Fujian Xiamen 361023， China ） Abstract： In order to remove the coupling interferences between the mechanical structure and control system of vehicle chassis control system and further enhance the overall performance of vehicle， the method of simultaneous optimization design of mechanical structure and controller of vehicle chassis system based on genetic algorithm was presented. The integrated simultaneous optimization program was developed based on genetic algorithm in MATLAB environment while the mechanical structure and control parameters of integrated control system was set as optimization variables and the overall performance of automotive dynamic was set as objective function. Simulation result not only apparently improves ride performance and vehicle handiness，but effectively reduces the vibration caused by road inputs in order to get well vehicle maneuverability and ride comfort as well. Key Words： Genetic Algorithm； Active Suspension System； Active Front Steering System； Coordinated Control； Simultaneous Optimization
觶
觶 =r 觶 -ωe e
（9 ）
觶 —横摆角及其角速度的实时值； r r、 x1、 ωe —横摆角及其角速 式中： 觶 =ω。 度期望的稳态值， 且r
No.3 Ｍａｒ．２０１５
觶 定义切换函数为： s=ce+e 控制率为： 根据比例切换控制方法， u=δs = 觶 α e +β e 觶
机械设计与制造
觶— β 式中： m、 ms—整车质量、悬挂质量； Iz—车身横摆转动惯量； β、 质心侧偏角、侧偏角速度； v—车速； ωr—横摆角速度； FYi— 前后轮侧偏力； θ—俯仰角； 准—侧倾角； Zs—悬挂质量的垂 直位移； Z1i—非悬挂垂直位移； 2， 3， 4 表示前、后左右 i=1、 轮。
2.2 其他模型
（10 ） （11 ）