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原文传递一种连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制系统及方法

专利名称：	一种连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制系统及方法
摘要：	本发明涉及一种连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制系统及方法，属于汽车悬架系统控制领域。本发明基于1/4悬架连续线性天棚控制模型，构建参考模型，计算参考基数，并定义模型加权系数；计算工况因子、判断当前工况并定义工况加权系数；计算路况因子、判断路况等级，并定义路况加权系数；建立自适应最优控制策略，构建自适应最优控制函数，经粒子群优化算法迭代优化，获得最优阻尼分配系数；计算实际主动控制力、实际阻尼分配系数及控制电流，从而实现阻尼分配系数不断在线自适应优化调整和悬架系统不断自适应优化控制；本发明为阻尼分配系数的选取提供了一种简单、有效的优化方法，提供了一种更加实用、安全的悬架系统控制方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	汪若尘;盛富鹏;丁仁凯;孟祥鹏;孙泽宇;谢健
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910554881.4
公开号：	CN110341414A
分类号：	B60G17/018(2006.01);B;B60;B60G;B60G17
申请人地址：	212013 江苏省镇江市学府路301号
主权项：	1.一种连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制方法，其特征在于包括如下步骤： 1)初始化系统参数，所述系统参数包括传感器采样频率f、转向角阈值a0、加速度阈值b0、一阶高通滤波器的截止频率f1、一阶低通滤波器的截止频率f2、积分器和微分器时间步长T及1/4悬架系统的簧载质量m1、簧下质量m2、被动阻尼系数C1、初始天棚阻尼系数C2、螺旋弹簧刚度系数k1和轮胎刚度系数k2； 2)构建1/4悬架连续线性天棚控制模型，建立系统状态空间表达式；所述1/4悬架连续线性天棚控制模型的状态方程如下：其中，为车身垂向加速度，为车轮垂向加速度，为车身垂向速度，为车轮垂向速度，z1为车身垂向位移，z2为车轮垂向位移，m1、m2分别为簧载质量和簧下质量，C1、C2分别为被动阻尼系数和初始天棚阻尼系数，k1、k2分别为螺旋弹簧刚度系数和轮胎刚度系数，α为阻尼分配系数，q为路面高程；所述1/4悬架连续线性天棚控制模型的系统状态空间表达式如下： 3)构建1/4悬架连续线性天棚控制模型的参考模型，确定参考模型下的参考基数；所述参考模型包括1/4悬架天棚控制模型和1/4悬架改进天棚控制模型，所述1/4悬架天棚控制模型根据1/4悬架连续线性天棚控制模型，令阻尼分配系数α＝0得到，其参考基数包括一段时间内车身垂向加速度的均方值r11、悬架动行程z1-z2的均方值r12和车轮相对路面位移z2-q的均方值r13；所述1/4悬架改进天棚控制模型根据1/4悬架连续线性天棚控制模型，令阻尼分配系数α＝1得到，其参考基数包括一段时间内车身垂向加速度的均方值r21、悬架动行程z1-z2的均方值r22和车轮相对路面位移z2-q的均方值r23； 4)以f为采样频率采集车速信号u、转向角信号a、车身垂向加速度信号x及悬架动行程信号z； 5)确定工况因子G，方法是：如果任意时刻转向角信号a的绝对值满足\|a\|≥a0或任意时刻汽车加速度信号b的绝对值满足\|b\|≥b0，则认定当前工况为危险工况，工况因子G＝1；否则，认定当前工况为安全工况，工况因子G＝0； 6)构建状态观测器，观测未能测得的车身垂向速度信号X、车身与车轮垂向相对速度信号V2及车轮相对路面的位移信号Z1； 7)计算路况因子G，判断路况等级； 8)根据参考基数、车身垂向加速度信号X、悬架动行程信号Z、车轮相对路面的位移信号Z1及实时计算得到的路况因子G、工况因子R，建立自适应最优控制策略，并构建自适应最优控制函数； 9)运用粒子群迭代寻优的方法，设定自适应变异算法，以自适应最优控制函数作为适应度函数，确定最优阻尼分配系数α2； 10)计算实际主动控制力F和直线电机控制电流I； 11)根据实际控制力F计算实际阻尼分配系数α3，并将实际阻尼分配系数信号α3通过Can总线传输给路况识别模块作为新的反馈阻尼分配系数信号α1，成为下一次路况识别的参数之一，具体计算公式如下：其中，α3为反馈的阻尼分配系数信号，F为实际主动控制力，C2为初始天棚阻尼系数，V1为车身垂向速度信号，V2为车身与车轮垂向相对速度信号； 12)通过直线电机控制电流I对集成直线电机式主动悬架的直线电机实施控制，获得当前时刻最佳悬架主动控制力，转步骤4)。 2.如权利要求1所述的连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制方法，其特征在于所述步骤6)中构建状态观测器，观测未能测得的车身垂向速度信号V1、车身与车轮垂向相对速度信号V2及车轮相对路面的位移信号Z1的具体方法如下： 6.1)对车身垂向加速度信号x及悬架动行程信号z进行滤波处理，得到滤波后的车身垂向加速度信号X及悬架动行程信号Z； 6.2)车身垂向加速度信号X经积分器进行积分，得到车身垂向速度信号V1； 6.3)悬架动行程信号Z经微分器进行微分，得到车身与车轮垂向相对速度信号V2； 6.4)车身与车轮垂向相对速度信号V2经微分器进行微分，得到车身与车轮垂向相对加速度信号X1，车身垂向加速度信号X与车身与车轮垂向相对加速度信号X1相减得到车轮垂向加速度信号X2； 6.5)车身垂向加速度信号X经簧上质量m1增益作用得到车身惯性力观测信号F1，车轮垂向相对加速度信号X2经簧下质量m2增益作用得到车轮惯性力观测信号F2，车身垂向速度信号V1经天棚阻尼系数(1-α1)C2增益作用得到天棚阻尼力F3，其中，α1为反馈的阻尼分配系数信号，C2为初始天棚阻尼系数，车身惯性力观测信号F1、车轮惯性力观测信号F2和天棚阻尼力F3相加，并经-1增益作用，得到轮胎动载荷信号F4； 6.6)将轮胎刚度系数k2的倒数作为增益系数，轮胎动载荷信号F4经增益作用，得到车轮相对路面的位移信号Z1。 3.如权利要求1所述的连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制方法，其特征在于所述步骤7)中所述路况因子计算公式如下： R＝fun{2lg(Z)+lg(V2)-lg[2πu(m1+m2)(C1V2+C2V1+α1C2V2-α1C2V1)]} 其中，Z为悬架动行程信号，V2为车身与车轮垂向相对速度信号，u为车速信号，m1为1/4悬架簧载质量，m2为1/4悬架簧下质量，C1为被动阻尼系数、C2为初始天棚阻尼系数，V1为车身垂向速度信号，α1为反馈的阻尼分配系数信号，fun为取值函数；所述路况等级判断方法为：当路况因子R＝1时，此刻路面为优良路面；当路况因子R＝2时，此刻路面为一般路面；当路况因子R＝3时，此刻路面为恶劣路面。 4.如权利要求1所述的连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制方法，其特征在于所述步骤8)中建立自适应最优控制策略、构建自适应最优控制函数包括如下步骤： 8.1)计算车身垂向加速度的模型加权系数q11，悬架动行程的模型加权系数q12及车轮相对路面的位移模型加权系数q13，计算公式如下： q11＝1；其中，α2为待求的最优阻尼分配系数信号，r11表示1/4悬架天棚控制模型参考下车身垂向加速度参考基数，r12表示1/4悬架天棚控制模型参考下悬架动行程参考基数，r13表示1/4悬架天棚控制模型参考下车轮相对路面位移的参考基数，r21表示1/4悬架改进天棚控制模型参考下车身垂向加速度参考基数，r22表示1/4悬架改进天棚控制模型参考下悬架动行程参考基数，r23表示1/4悬架改进天棚控制模型参考下车轮相对路面位移的参考基数； 8.2)建立不同性能指标重要性比值决策表，具体方法为：如果性能指标h1和h2同等重要，其重要性比值p＝1；如果性能指标h1相比性能指标h2稍微重要，其重要性比值p＝3；如果性能指标h1相比性能指标h2比较重要，其重要性比值p＝5；如果性能指标h1相比性能指标h2相当重要，其重要性比值p＝7；如果性能指标h1相比性能指标h2非常重要，其重要性比值p＝9； 8.3)定义车身垂向加速度的工况加权系数q21、悬架动行程的工况加权系数q22及车轮相对路面位移的工况加权系数q23，确定方法如下：当工况因子G为1时，q21＝1/9，q22＝1/3，q23＝1；当工况因子G为0时，q21＝1，q22＝1/5，q23＝1/7； 8.4)定义车身垂向加速度的路况加权系数q31、悬架动行程的路况加权系数q32及车轮相对路面位移的路况加权系数q33，确定方法如下：当工况因子R为1时，q31＝1，q32＝1/7，q33＝1/7；当工况因子R为2时，q31＝1，q32＝1/5，q33＝1；当工况因子R为3时，q31＝1/9，q32＝1/3，q33＝1； 8.5)构建自适应最优控制函数，函数形式如下： min:H＝q11q21q31X2+q21q22q23Z2++q31q32q33Z12。 5.如权利要求1所述的连续线性天棚控制下悬架自适应最优控制方法，其特征在于所述步骤9)中，设定自适应变异算法方法如下：若第m代第n个种群粒子的速度迭代公式中随机变量rand(0
所属类别：	发明专利